Бул изилдөө, аддитивдик өндүрүшla üretмененbмененn үч периоддуу минималдуу бетli (TPMS) компакттуу жылуулук алмаштыргычтарnde iç бет аянтыnın daha etkili kullanılmasını amaçlamaktadır. Изилдөөчүлөр, багыттагычтарды yalnızca турбуленттүүлүкı artıran engeller катары değil; ысык жана муздак агымları төмөн dirençli kısa yollardan uzaklaştıran, durgun bölgeleri azaltan жана iki агымın ortak TPMS дубалı үстүндөгү karşılaşmasını düzenleyen агымды башкаруу элементтери катары ele almıştır.

Önerмененn iki seviyeli optimizasyon ыкмаinde тышкы цикл, izin жанаrмененn басым жоготуусуna uygun bir өкүлдүк агым жолу uzunluğu aramaktadır. İç döngü ise yol uzunluğu, girişe yakın dönüşler, канал туурасы düzenliliği, өлүк зонаler жана ысык-муздак каршы агым uyumu hakkında hesaplanması ucuz физикалык ön bilgмененr kullanarak генетикалык алгоритмyı yönlendirmektedir. Yüksek maliyetli COMSOL CFD analizleri bütün adayları taramak үчүн değil, ön elemeden geçen az sayıdaki tasarımın басым жоготуусуnı тастыктооk жана жылуулук өткөрүүni sıralamak үчүн kullanılmaktadır.

Temsilî P tipi, 1 m/s giriş hızlı жана 20 kPa басым жоготуусу sınırlı durumda önerмененn ыкма, yalnızca 10 CFD баалооsiyle 37,96 W жылуулук өткөрүүne ulaşmıştır. Aynı sınır астында doğrudan CFD менен çalışan geleneksel генетикалык алгоритм болжол менен 100 баалооyle 28,97 W, багыттагычсыз TPMS çekirdek ise 21,63 W üretmiştir. Böylece önerмененn tasarım багыттагычсыз referansa боюнча %75,5, doğrudan генетикалык алгоритмnın en iyi uygulanabilir sonucuna боюнча болжол менен %31 жогорураак жылуулук өткөрүү sторlamıştır.

Altı ар башка TPMS yapısı жана изилдөө koşulunda, басым жоготуусу sınırını sторlayan en iyi tasarımların багыттагычсыз eşdeğerlerine боюнча жылуулук өткөрүү artışı %24,4 менен %78,6 ортосунда değişmiştir. Ancak yalnızca temsilî 20 kPa P tipi durumda doğrudan генетикалык алгоритмyla tam kontrollü karşılaştırma yapılmıştır. Sonuçlar сандык симуляцияa dayanmaktadır; аддитивдик өндүрүшla üretilmiş prototip, эксперименталдык жылуулук алмаштыргыч testi, бет pürüzlülüğü, kirlenme, üretim толерансı жана yapısal dayanım тастыктооsı жок.

TPMS жылуулук алмаштыргычтарnde büyük бет аянты neden tek başına yeterli эмес?

Üçlü periyodik minimal бетler, uzayda üç yönde tekrar eden, düzgün eğriliğe sahip жана birbirine temas etmeyen iki агым торı oluşturan geometrмененrdir. Bu özellikler TPMS yapılarını жогорку бет аянты yoğunluğu, kesintisiz агым kanalları жана аддитивдик өндүрүшa uygun karmaşık geometrмененri nedeniyle компакттуу жылуулук алмаштыргычтар үчүн çekici hâle getirmektedir.

Bununla birlikte toplam iç бет аянтыnın büyük olması, bu бетin tamamının жылуулук өткөрүүne etkin biçimde katıldığı anlamına gelmez. İki bторlantılı açık kanal торı үчүнde агымkan, girişten çıkışa эң төмөн dirençli yolu tercih кыла алат. Bu durumda bazı bölgelerde жогорку hızlı kısa devre yolları oluşurken başka bölgelerde төмөн hız, yetersiz besleme же durgunluk görülebilir. Isı eşanjörünün физикалык катары mevcut бетi, агым tarafından yeterince süpürülmediği үчүн termal катары zayıf kullanılabilir.

Изилдөөnın Şekil 1 karşılaştırması bu mekanizmayı açıkça көрсөтөт. Saptırıcısız yapıda агым çizgмененri giriş менен çıkış ортосунда belirli koridorlarda yoğunlaşmakta, çekirdeğin geniş bölümleri төмөн hızda kalmaktadır. Saptırıcılar eklendiğinde ысык жана муздак агымların yolları uzamakta, агым çekirdeğin ар башка kesimlerine yönelmekte жана төмөн hızlı bölgelerin bir bölümü yeniden etkinleşmektedir.

Saptırıcıların geleneksel жылуулук алмаштыргычтарnden ар башка rolü

Gövde-boru tipi жылуулук алмаштыргычтарnde багыттагычlar çoğunlukla агымı çapraz yönlendirmek, турбуленттүүлүкı yükseltmek жана sınır tabakayı bozmak үчүн kullanılır. TPMS kanallarında ise агымkan birbirine bторlı gözenekler ортосунда ар башка rotalara geçebildiğinden багыттагычnın негизги боюнчаvi doğrudan турбуленттүүлүк üretmekten çok агым yolunu yönetmektir.

Изилдөөчүлөрın yaklaşımında bir багыттагыч şu боюнчаvleri yerine getirmektedir:

• Giriş менен çıkış ортосундаki aşırı kısa жана төмөн dirençli yolları engellemek,
• Akışı yeterince kullanılmayan TPMS bölgelerine yönlendirmek,
• Yerel daralma жана genişlemelerin aşırılaşmasını önlemek,
• Akışın girişe yakın keskin dönüşlerle gereksiz basınç kaybetmesini azaltmak,
• Sıcak жана муздак агымların ortak дубал boyunca каршы агым düzenine daha uygun мененrlemesini sторlamak,
• Belirli bir насостук кубат же басым жоготуусу sınırı үчүнde daha fazla бетi termal катары etkinleştirmek.

Temel optimizasyon problemi nasıl tanımlanmıştır?

Soğuk жана ысык taraftaki багыттагыч düzenleri sırasıyla \(B^c\) жана \(B^h\) менен gösterilmektedir. Amaç, басым жоготуусу üst sınırını aşmadan CFD менен hesaplanan жылуулук өткөрүүni эң жогорку düzeye çıkarmaktır:

\[ \max_{B^c,B^h} J_{\mathrm{CFD}}\left(B^c,B^h\right) \quad \text{koşuluyla} \quad \max\left(\Delta p_c,\Delta p_h\right)\leq\Delta p_{\max} \]

Burada \(J_{\mathrm{CFD}}\), tam агым жана жылуулук өткөрүү çözümünden elde edмененn termal amaç fonksiyonunu; \(\Delta p_c\) жана \(\Delta p_h\), муздак жана ысык taraftaki basınç kayıplarını; \(\Delta p_{\max}\) ise her iki агым devresi үчүн izin жанаrмененn эң жогорку басым жоготуусуnı ifade etmektedir.

Изилдөөda nihai seçim ölçütü, iki tarafta hesaplanan ısı transferlerinin ortalamasıdır:

\[ Q=\frac{Q_c+Q_h}{2} \]

\(Q_c\) жана \(Q_h\), sırasıyla муздак жана ысык агым tarafından hesaplanan жылуулук өткөрүү değerleridir. Dış бетlerin adyabatik olduğu туруктуу hâl çözümünde bu iki değerin birbirine yakın olması beklenmektedir. Aralarındaki küçük fark, сандык enerji dengesi kalıntısını yansıtmaktadır.

Basınç kaybı neden гидравликалык bütçe катары yorumlanmıştır?

Bütün karşılaştırmalarda hacimsel debмененr sabit tutulmuştur. Tek bir агым devresinin насостук кубат şu bторıntıyla ifade кылынууда:

\[ W_p=\frac{\Delta p\,\dot{V}}{\eta_p} \]

Burada \(W_p\), gerekli насостук кубатnü; \(\Delta p\), басым жоготуусуnı; \(\dot{V}\), hacimsel debiyi жана \(\eta_p\), pompa жанаrimini көрсөтөт. Debi жана pompa жанаrimi sabit olduğunda басым жоготуусуnı sınırlamak, izin жанаrмененn насостук кубатne bir üst sınır koymakla eşdeğerdir.

İki агым devresinin toplam насостук кубат şu biçimdedir:

\[ W_{p,\mathrm{toplam}}=\frac{\Delta p_c\dot{V}_c}{\eta_c}+\frac{\Delta p_h\dot{V}_h}{\eta_h} \]

Bu nedenle изилдөө, басым жоготуусуnı dikkate almadan mümkün olan эң жогорку жылуулук өткөрүүni aramamaktadır. Asıl soru, belirlenen гидравликалык izin үчүнde ne kadar yararlı termal kapasite elde edмененbмененceğidir.

Ancak bütün tasarımların gerçek насостук кубат birbirine eşit эмес. Basınç kaybı sınırı yalnızca ortak bir üst гидравликалык izin tanımlar. Bazı tasarımlar bu iznin küçük bir bölümünü, bazıları ise sınırın neredeyse tamamını kullanmaktadır.

Saptırıcı geometrisi сандык катары nasıl temsil кылынган?

Her агым kanalı yapılandırılmış Kartezyen hücrelerden oluşan bir ızgaraya ayrılmıştır. Yatay жана dikey hücre sınırlarında багыттагыч bulunup bulunmadığı ikili matrislerle gösterilmiştir:

\[ B^Q=\left(B^{H,Q},B^{V,Q}\right) \]

\[ B^{H,Q}\in\{0,1\}^{N_x\times(N_y+1)}, \qquad B^{V,Q}\in\{0,1\}^{(N_x+1)\times N_y} \]

\(Q\), муздак же ысык kanalı; \(B^{H,Q}\), yatay багыттагыч parçalarını; \(B^{V,Q}\), dikey багыттагыч parçalarını temsil etmektedir. Bir değerinin bulunması ilgili sınırda багыттагыч olduğunu, sıfır ise geçişin açık olduğunu көрсөтөт.

Bu дубал düzeninden, агымkanın erişebildiği hücreleri gösteren \(C^Q\) erişмененbilirlik alanı oluşturulmuştur. Açık hücreler bir grafın düğümleri, aralarında багыттагыч olmayan komşu hücreler ise grafın четları катары tanımlanmıştır. Böylece her багыттагыч düzeni, girişten çıkışa ulaşılabilir yolları bulunan bir bторlantı problemine dönüştürülmüştür.

İki seviyeli optimizasyon neden колдонулган?

Her генетикалык алгоритм adayının doğrudan tam CFD менен çözülmesi çok жогорку эсептөө maliyeti oluşturur. Изилдөө bu sorunu, боюнчаvleri dış жана ички цикл ортосунда ayırarak çözmeye çalışmıştır.

Dış döngü: basınç sınırına uygun yol uzunluğunu bulma

Dış döngü, \(L_{\mathrm{tar}}\) менен gösterмененn hedef temsilî yol uzunluğunu ikili aramayla ayarlamaktadır. Akış yolu uzadıkça гидравликалык direncin genellikle yükselmesi beklendiği үчүн yol uzunluğu, басым жоготуусуnın ucuz hesaplanabмененn bir болжол менен kontrol değişkeni катары колдонулган.

Her deneme yol uzunluğunda iç optimizasyon bir aday düzen üretmekte, aday COMSOL менен çözülmekte жана iki taraftaki эң жогорку басым жоготуусу sınırla karşılaştırılmaktadır. Aday sınırın астында kalırsa daha uzun bir yol denenmekte; sınırı aşarsa yol kısaltılmaktadır. Alt жана üst yol sınırları ортосундаki fark bir ızgara biriminin altına indiğinde kabul edмененbilir hedef uzunluk belirlenmektedir.

İç döngü: belirlenen uzunluk үчүн багыттагыч yerleşimini bulma

İç döngü, муздак жана ысык taraftaki багыттагычтарды генетикалык алгоритмyla aramaktadır. Ancak adayları CFD менен değil; агымın физикалык катары nasıl davranması gerektiğini болжол менен biçimde temsil eden beş ön bilgiyle puanlamaktadır. Böylece çok sayıda геометриялык aday hızlı biçimde elenmekte, CFD yalnızca umut жанаrici küçük bir aday kümesine uygulanmaktadır.

Изилдөөnın Şekil 2 iş агымında ilk катары басым жоготуусу sınırı жана giriş-çıkış koşulları tanımlanmakta, ardından тышкы цикл hedef yol uzunluğunu ikili aramayla güncellemektedir. İç генетикалык алгоритм her hedef үчүн ысык жана муздак tarafta aday багыттагыч düzenleri üretmekte; son hedef uzunlukta en iyi beş tasarım tam CFD менен doğrulanarak nihai düzen seçilmektedir.

Temsilî агым yolu nasıl çıkarılmıştır?

Her kanalda erişмененbilir hücrelerden oluşan graf үстүндө giriş менен çıkış ортосундаki en kısa yol belirlenmiştir. Aynı uzunlukta birden fazla yol varsa en az dönüş yapan yol seçilmiştir:

\[ P^Q=\left(p^Q_1,p^Q_2,\ldots,p^Q_{n_Q}\right), \qquad p^Q_1=s^Q,\quad p^Q_{n_Q}=t^Q \]

Burada \(P^Q\), temsilî yolu; \(p^Q_m\), yol үстүндөгү hücre merkezini; \(s^Q\) жана \(t^Q\), giriş жана çıkış düğümlerini көрсөтөт. Izgara четı sayısı cinsinden yol uzunluğu şöyledir:

\[ L(P^Q)=n_Q-1 \]

Yol çıkarılmadan мурда giriş-çıkış bторlantısını же yerel genişliği değiştirmeyen gereksiz дубал parçaları kaldırılmıştır. Bu işlem, физикалык агымı etkмененmeyen багыттагычтардыn генетикалык алгоритм tarafından avantajlıymış gibi değerlendirilmesini önlemeyi amaçlamaktadır.

Akış ön bilgмененri hangi физикалык sorunları temsil etmektedir?

1. Hedef yol uzunluğuna uyum

Temsilî yolun тышкы циклden gelen hedefe ne kadar yakın olduğu şu ceza менен ölçülmektedir:

\[ f^Q_{\mathrm{uzunluk}}=\left|L(P^Q)-L_{\mathrm{tar}}\right| \]

Yol çok kısa kalırsa агым çekirdeğin yeterli bölümünü kullanmayabilir. Aşırı uzun yol ise басым жоготуусуnı yükseltebilir. Bu terim, багыттагычтардыn гидравликалык bütçeye uygun bir rota oluşturmasını sторlamaya изилдөөktadır.

2. Giriş торırlıklı dönüş cezası

Akış yolundaki her yön değişimi yerel kayıp oluşturabilir. Изилдөөda girişe yakın dönüşlere жогорураак торırlık жанаrilmiştir:

\[ w_{\mathrm{konum}}(i)=1-\frac{i}{n_Q} \]

\(i\), dönüşün yol үстүндөгү yerini; \(n_Q\), yolun toplam düğüm sayısını көрсөтөт. Girişe yakın bir dönüş, aşторı агым bölgesinin tamamını etkмененyebмененceği үчүн çıkışa yakın bir dönüşten daha торır cezalandırılmaktadır. Birbirine çok yakın keskin dönüşler de uzun düz kesimlerden кийин gelen tekil dönüşlerden жогорураак ceza almaktadır.

3. Kanal genişliği düzenliliği

Temsilî yol boyunca yerel kanal genişlikleri ölçülmüş жана değişkenlik коэффициентsı эсептелген:

\[ CV_w^Q=\frac{\operatorname{std}\left(\{w_m^Q\}\right)}{\operatorname{mean}\left(\{w_m^Q\}\right)} \]

\(w_m^Q\), yolun ilgili noktasında агым yönüne dik doğrultuda ölçülen erişмененbilir канал туурасыdir. Genişliğin sık sık daralıp genişlemesi агым дисперсияını bozabilir жана yerel basınç kayıpları oluşturabilir. Küçük değişkenlik коэффициентsı daha düzenli bir kanal yapısını temsil etmektedir.

4. Ölü bölge жана gereksiz yan yol cezası

Her erişмененbilir hücre үчүн girişten hücreye жана hücreden çıkışa olan en kısa mesafelerin toplamı эсептелген. Bu toplam, doğrudan en kısa giriş-çıkış yolundan ne kadar uzunsa hücre o kadar жанаrimsiz bir yan rota катары бааланган:

\[ s^Q_{r,c}=d^Q_{\mathrm{giriş},r,c}+d^Q_{\mathrm{çıkış},r,c}-L^Q_{\mathrm{kısa}} \]

En kısa rota үстүндө bulunan hücrelerin fazlalık değeri sıfırdır. Ulaşılabilir fakat uzun bir четтөө gerektiren hücreler pozitif ceza alır. Bторlantısız hücrelere ise en kısa yol uzunluğunun on katı büyüklüğünde торır bir ceza uygulanmıştır. Kanal düzeyi өлүк зона ölçütü bütün erişмененbilir hücrelerin ortalamasıdır.

5. Sıcak-муздак каршы агым eşleşmesi

İdeal каршы агымta ысык агымın girişine yakın bir bölge, муздак агымın çıkışına; ысык агымın çıkışına yakın bölge ise муздак агымın girişine karşılık gelmelidir. Изилдөө, iki kanaldaki normalize edilmiş giriş mesafelerinin toplamının bire yakın olmasını hedeflemektedir:

\[ \frac{d^c_{r,c}}{L_c}+\frac{d^h_{r,c}}{L_h}\approx1 \]

Bu eşleşmeden четтөө, bütün ortak erişмененbilir hücreler үстүндө ölçülerek \(f_{\mathrm{cf}}\) каршы агым cezasına dönüştürülmüştür. Böylece ыкма yalnızca муздак жана ысык kanalları ayrı ayrı düzenlememekte; iki агымın ortak TPMS дубалı boyunca termal катары uygun konumlarda karşılaşmasını da баалооktedir.

Birleştirilmiş ön bilgi amacı

Tek bir kanal үчүн yol uzunluğu, dönüş, genişlik жана өлүк зона ölçütleri торırlıklı катары birleştirilmiştir:

\[ f^Q_{\mathrm{tek}}=\lambda_{\mathrm{uzunluk}}\frac{f^Q_{\mathrm{uzunluk}}}{L^Q_{\mathrm{kısa}}}+\lambda_{\mathrm{dönüş}}f^Q_{\mathrm{dönüş}}+\lambda_{\mathrm{genişlik}}f^Q_{\mathrm{genişlik}}+\lambda_{\mathrm{ölü}}\frac{f^Q_{\mathrm{ölü}}}{L^Q_{\mathrm{kısa}}} \]

Soğuk жана ысык kanalların ortak amaç fonksiyonu şöyledir:

\[ F(B^c,B^h;L_{\mathrm{tar}})=f^c_{\mathrm{tek}}+f^h_{\mathrm{tek}}+\lambda_{\mathrm{cf}}f_{\mathrm{cf}} \]

\(\lambda\) коэффициенттери ар башка ön bilgмененrin боюнчаli önemini belirlemektedir. Ancak bu коэффициенттериn сандык değerleri изилдөөda bildirilmemiştir. Bu eksiklik, алгоритмnın bторımsız катары ошол эле ayarlarla yeniden uygulanmasını güçleştirmektedir.

Ayrıca теңдемеler \(F\)'yi ceza terimlerinin toplamı катары kurduğu жана төмөнүрөөк değerlerin daha iyi olduğunu açıkladığı hâlde, dönüşümlü генетикалык алгоритм bölümünde \(F\)'nin “en yükseğe çıkarıldığı” yazılmıştır. Açıklanmayan bir uygunluk dönüşümü kullanılmadıysa bu ifade amaç yönü bakımından ыкмаsel bir tutarsızlıktır.

Genetik алгоритм nasıl çalıştırılmıştır?

Soğuk жана ысык taraftaki bütün ikili багыттагыч değişkenlerinin ошол эле anda optimize edilmesi жогорку boyutlu bir kombinatoryal problem oluşturmaktadır. Изилдөөчүлөр bu nedenle dönüşümlü optimizasyon kullanmıştır:

1. Sıcak taraf sabit tutulurken муздак taraftaki багыттагычlar optimize кылынган.
2. Güncellenmiş муздак taraf sabitlenerek ысык taraftaki багыттагычlar optimize кылынган.
3. İki taraf каршы агым eşleşmesi үстүндөn birbirine uyum sторlayıncaya kadar bu işlem tekrarlanmıştır.

Her tek taraflı генетикалык алгоритм aşamasında 100 bireylik popülasyon жана 200 nesil колдонулган. Ebeжанаynler turnuva seçimiyle belirlenmiş, çaprazlama uygulanmış жана her ikili дубал değişkeni bторımsız катары 0,05 mutasyon olasılığıyla değiştirilmiştir. En iyi birey elitizmle korunmuştur.

Çaprazlama жана mutasyondan кийин adaylara onarım işlemi uygulanmıştır. Bu işlem bторlantısız же havada kalan engel düzenlerini kaldırmış, giriş-çıkış bторlantısını yeniden sторlamış жана temsilî yol uzunluğunu тышкы циклnün hedef değerine yaklaştırmıştır. Yalnızca onarılmış жана bторlantı koşullarını sторlayan adaylar ön bilgi amacıyla puanlanmıştır.

CFD modeli жана sınır koşulları

Tam агым жана жылуулук өткөрүү тастыктооsı COMSOL Multiphysics 6.4 kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Model, дат баспас болот TPMS katısı менен iki каршы агымlı суу devresi ортосундаki birleşik жылуулук өткөрүүni çözmektedir.

• Akış туруктуу жана sıkıştırılamaz kabul кылынган.
• Navier-Stokes жана enerji теңдемелер birlikte çözülmüştür.
• Soğuk агым giriş ысыкlığı 293 K, ысык агым giriş ысыкlığı 353 K катары sabitlenmiştir.
• Girişlerde hız, çıkışlarda basınç sınır koşulu колдонулган.
• Akışkan-katı ara yüzlerinde kaymama, температура sürekliliği жана жылуулук агымы sürekliliği uygulanmıştır.
• Dış дубалlar ısıl катары yalıtılmış kabul кылынган.
• Bütün ыкмаler ошол эле тор, sınır koşulları, çözücü ayarları жана son işlem ыкмаiyle karşılaştırılmıştır.

Ağ bторımsızlığı kontrolü

Ağ duyarlılığı, G tipi, 2 m/s hızlı, derinlik 1 жана 60 kPa hedefli nihai багыттагычlı tasarımda incelenmiştir. COMSOL’un Normal, Extra fine жана Extremely fine торları karşılaştırılmıştır.

Extra fine менен Extremely fine торları ортосунда жылуулук өткөрүү farkı yalnızca %0,18, iki taraftaki toplam басым жоготуусу farkı болжол менен %1,05 olmuştur. Изилдөөчүлөр жогорураак эсептөө maliyetinden kaçınmak amacıyla bütün кийинki analizlerde Extra fine торı kullanmıştır.

Temsilî 20 kPa karşılaştırması ne көрсөткөн?

Kontrollü karşılaştırma P tipi, bir periyotlu, 1 m/s giriş hızlı жана iki taraf үчүн 20 kPa басым жоготуусу sınırlı durumda yapılmıştır. Saptırıcısız referans, doğrudan генетикалык алгоритм жана агым ön bilgili генетикалык алгоритм ошол эле CFD çözüm koşullarında karşılaştırılmıştır.

Saptırıcısız çekirdek ысык tarafta 15,69 kPa басым жоготуусуna ulaşırken муздак tarafta yalnızca 0,88 kPa kullanmıştır. Doğrudan генетикалык алгоритмnın en iyi uygulanabilir tasarımı da муздак tarafta 1,98 kPa менен гидравликалык iznin büyük bölümünü kullanmamıştır. Önerмененn tasarım ise iki агым devresini de 20 kPa sınırına yaklaştırmış жана mevcut гидравликалык izni daha dengeli biçimde termal kapasiteye dönüştürmüştür.

Şekil 3'te doğrudan генетикалык алгоритмnın муздак tarafta nispeten kısa жана basit bir rota bıraktığı, агым ön bilgili ыкмаin ise муздак агымı çekirdeğin daha geniş bölümünde dolaştırdığı görülmektedir. Sıcak taraftaki yol daha basit tutulmuş, iki kanal үчүн ар башка temsilî uzunluklar seçilmiştir. Nihai düzenin муздак/ысык yol uzunluğu 57/15'tir.

Şekil 4'teki hız alanları, агым ön bilgili tasarımın жогорку hızlı bölgeleri çekirdeğin daha büyük bölümüne yaydığını көрсөтөт. Saptırıcısız yapıda hız belirli koridorlarda yoğunlaşırken önerмененn yapıda муздак жана ысык агым çizgмененri daha geniş bir TPMS alanını taramaktadır. Sıcaklık haritasında da iki агым ортосундаki termal geçiş bölgesi daha geniş жана daha düzenli hâle gelmiştir.

On CFD баалооsi nasıl колдонулган?

Önerмененn ыкмаin 10 баалооsi iki aşamaya ayrılmıştır. İlk beş баалоо, тышкы циклnün basınç sınırına uygun yol uzunluğunu bulması үчүн колдонулган. Sonraki beş баалоо ise belirlenen 57/15 yol uzunluğunda генетикалык алгоритмnın en iyi beş adayını tam CFD менен doğrulamıştır.

Basınç arama aşamasındaki bazı adaylar 20 kPa sınırını aşmıştır. Bu durum ыкмаin bütün ara tasarımlarının uygulanabilir olduğu anlamına gelmediğini көрсөтөт. Dış döngünün боюнчаvi, bu ihlallerden yararlanarak yol uzunluğu sınırını düzeltmek жана nihai aday kümesini basınç sınırına yaklaştırmaktır.

İlk aşamanın en iyi uygulanabilir sonucu 36,14 W iken son beş adayın doğrulanmasıyla 37,96 W'a ulaşılmıştır. Dolayısıyla yalnızca ilk aşama kullanıldığında da багыттагычсыз жана doğrudan GA referanslarının үстүндө bir жыйынтык elde кылынган; ikinci aşama ek 1,82 W iyмененştirme sторlamıştır.

Altı изилдөө koşulundaki жыйынтыктар

En жогорку artış %78,6 менен P tipi 25 kPa durumunda, эң төмөн artış %24,4 менен daha uzun 7×12 G tipi tasarım alanında elde кылынган. Изилдөөчүлөр uzun жана dar yapılarda агымın багыттагычсыз durumda bменен daha düzenli жана geçiş yönünde gelişmiş olabмененceğini; bu nedenle yeniden etkinleştirмененbмененcek durgun alanın daha az kaldığını belirtmektedir. Aynı zamanda dar геометриялык yapı, yeni багыттагычтардыn basınç cezasını daha hızlı artırmaktadır.

Daha belirgin ölü alanlara же dengesiz агым дисперсияına sahip koşullarda багыттагычтардыn iyмененştirme alanı daha geniş olmuştur. Ancak altı koşulun giriş hızı, TPMS yapısı, геометриялык derinliği жана basınç sınırı ар башкаdır. Bu nedenle 113,13 W менен 37,96 W gibi mutlak değerler koşullar ортосунда doğrudan performans sıralaması oluşturmak үчүн kullanılmamalıdır.

Basınç kaybı grafikleri ne көрсөтөт?

Şekil 6, dış arama жана son beş aday boyunca муздак жана ысык taraftaki basınç kayıplarını көрсөтөт. P tipi durumlarda муздак жана ысык taraf үчүн simetrik yol uzunlukları seçildiğinde ысык taraftaki басым жоготуусу çok yükselirken муздак taraf гидравликалык sınırın астында kalmıştır. Dış döngü bu dengesizliği ар башка \(L_c/L_h\) çiftleri seçerek düzeltmiştir.

Yüksek hızlı 60 kPa G tipi durumda ilk aşamadaki yalnızca en kısa yol çifti iki taraflı basınç sınırını sторlamıştır. Son beş тастыктоо adayının da yalnızca birinci, ikinci жана beşinci tasarımları uygulanabilir kalmıştır. Bu жыйынтык, temsilî yol uzunluğunun басым жоготуусу үчүн yararlı fakat kuсууrсууz bir kestirici olmadığını тастыктооktadır.

Isı transferi grafikleri nasıl yorumlanmalıdır?

Şekil 7'de yeşil bölgeler basınç sınırını sторlayan adayları, gri yatay çizgмененr багыттагычсыз referansları көрсөтөт. Nihai tasarım yalnızca эң жогорку \(Q\) değerine боюнча değil, мурда basınç sınırını sторlaması koşuluyla seçilmiştir.

Bazı basınç sınırını aşan adaylar жогорураак же benzer termal жыйынтыктар üretebilmiştir; ancak bunlar uygulanabilir tasarım катары kabul edilmemiştir. Bu ayrım маанилүүdir: багыттагыч ekleyerek жылуулук өткөрүүni yükseltmek tek başına başarı эмес. Yükselmenin belirlenen гидравликалык izin үчүнde gerçekleşmesi зарыл.

Ablasyon изилдөөsı hangi ön bilgмененrin gerekli olduğunu gösterdi?

Изилдөөчүлөр yol uzunluğu kontrolünü sabit tutarak diğer dört ön bilgiyi tek tek çıkarmıştır. Bütün varyantlar 57/15 yol çiftinde бааланган.

Genişlik düzenliliği çıkarıldığında жылуулук өткөрүү tam ыкмаe yakın kalmış, fakat ысык taraftaki басым жоготуусу 66,57 kPa менен sınırın üç katını aşmıştır. Bu terim, birkaç dar boğazda aşırı гидравликалык direnç birikmesini önlemektedir.

Giriş торırlıklı dönüş cezası kaldırıldığında her iki tarafta da sınır aşılmıştır. Bu жыйынтык, özellikle girişe yakın жана sık dönüşlerin yerel басым жоготуусуnı düzenlemede маанилүү olduğunu көрсөтөт.

Ölü bölge cezası çıkarıldığında жылуулук өткөрүү yalnızca 0,24 W azalmış; ысык tarafta 0,72 kPa sınır aşımı oluşmuştur. Seçмененn негизги düzen zaten az sayıda өлүк зона içerdiğinden bu terimin termal etkisi sınırlı, гидравликалык düzenleyici etkisi daha belirgin kalmıştır.

Sıcak-муздак каршы агым eşleşmesi çıkarıldığında basınç sınırı korunmuş, fakat \(Q\) 37,96 W'tan 36,20 W'a düşmüştür. Bu terim гидравликалык uygulanabilirliği sторlamak үчүн değil, iki агымın ortak бет үстүндөгү termal eşleşmesini geliştirmek үчүн изилдөөktadır.

Изилдөөnın gösterdiği негизги mekanizma

Sonuçlar, TPMS çekirdeğe yalnızca daha fazla engel eklemenin otomatik катары daha iyi bir жылуулук алмаштыргыч oluşturmadığını көрсөтөт. Saptırıcıların konumu, ысык жана муздак агымların yolları, yerel канал туурасы жана басым жоготуусуnın iki devre ортосунда дисперсияı birlikte önem taşımaktadır.

Önerмененn ыкмаin başarısı üç bторlantılı etkiden булакlanmaktadır:

1. Akış, giriş менен çıkış ортосундаki төмөн dirençli kısa devre yollarından uzaklaştırılmıştır.
2. TPMS çekirdeğin daha geniş bölümü жогорку же orta hızdaki агымla süpürülmüştür.
3. Sıcak жана муздак агымların ortak дубал үстүндөгү мененrleme yönleri daha uygun каршы агым düzenine getirilmiştir.

Böylece ошол эле басым жоготуусу üst sınırı астында daha fazla iç бет yararlı жылуулук өткөрүүne katılmıştır. Изилдөөчүлөрın “бет etkinleştirme” катары tanımladığı kavram, mevcut геометриялык alanın агым жана температура farkı tarafından gerçekten kullanılmasıdır.

Изилдөө neyi колдойт?

Изилдөө, belirli сандык koşullar астында агым алдын ала маалыматыyle yönlendirмененn багыттагыч yerleşiminin, TPMS çekirdeklerde басым жоготуусу sınırını aşmadan багыттагычсыз tasarımdan жогорураак жылуулук өткөрүү üretebildiğini колдойт.

Temsilî 20 kPa durumda ошол эле ikili дубал gösterimi, onarım ыкмаi, CFD çözümü жана basınç sınırı kullanıldığında агым ön bilgili ыкма, doğrudan генетикалык алгоритмdan жогорураак \(Q\) değerine болжол менен onda bir CFD баалооsiyle ulaşmıştır.

Altı koşuldaki жыйынтыктар ыкмаin ар башка P жана G tipi yapılar, hızlar, геометриялык derinlikler жана basınç sınırlarında uygulanabilir adaylar bulabildiğini көрсөтөт. Ancak doğrudan генетикалык алгоритм karşılaştırması yalnızca bir koşulda tamamlandığı үчүн bütün koşullarda algoritmik üstünlük kanıtlanmış эмес.

Изилдөө neyi далилдебейт?

• Optimize edмененn багыттагычтардыn metal аддитивдик өндүрүшla катаsız üretмененbмененceği gösterilmemiştir.
• Gerçek bir prototip үстүндө жылуулук өткөрүү же басым жоготуусу ölçülmemiştir.
• Yüzey pürüzlülüğü, baskı kuсууrları, kanal tıkanması, kirlenme жана uzun dönem korozyon etkмененri modellenmemiştir.
• Saptırıcıların TPMS çekirdeğin mekanik dayanımı жана yorulma ömrü үстүндөгү etkisi incelenmemiştir.
• Toplam насостук кубат doğrudan amaç fonksiyonu катары optimize edilmemiş; басым жоготуусу üst sınırı болжол менен гидравликалык bütçe катары колдонулган.
• Değişken debili, geçici же iki fazlı изилдөө koşulları değerlendirilmemiştir.
• Önerмененn ыкмаin bütün TPMS топологияlerinde же bütün Reynolds sayılarında üstün olduğu gösterilmemiştir.
• Algoritmanın genetik торırlıkları жана bazı yeniden üretim ayarları tam катары bildirilmemiştir.
• Yöntem рецензиядан өтө элекtir.

Түркия açısından инженердик değeri

Түркия’de enerji, savunma, havacılık, hidrojen sistemleri, ısı pompaları, güç elektroniği, batarya termal yönetimi жана atık ısı geri kazanımı alanlarında daha küçük hacimde жогорураак жылуулук өткөрүү sторlayan eşanjörlere ihtiyaç duyulmaktadır. TPMS yapılar metal аддитивдик өндүрүшla üretмененbildiği үчүн изилдөө, yalnızca teorik bir geometri analizi değil; мененri üretimle birleştirмененbмененcek bir ön tasarım ыкмаi сууnmaktadır.

Yöntemin Түркия’deki изилдөө жана ürün geliştirme изилдөөlarına aktarılabмененcek yönleri şunlardır:

• Yerel катары üretмененn TPMS numuneleri үчүн багыттагыч yerleşiminin baskı мурдаsinde optimize edilmesi,
• Pompa же kompresör gücü sınırlı sistemlerde басым жоготуусу üst sınırının doğrudan tasarım kısıtı катары kullanılması,
• CFD maliyetini azaltmak amacıyla geometriye özgü агым алдын ала маалыматыnin oluşturulması,
• Sıcak жана муздак агым kanallarının birbirinden bторımsız değil, karşılıklı termal eşleşmeyle optimize edilmesi,
• Eklemeli imalat толерансı, minimum дубал kalınlığı жана destek gereksiniminin генетикалык алгоритмnın onarım aşamasına eklenmesi,
• Sayısal жыйынтыктарın basınç сенсорleri, debimetreler жана kalorimetrik ısı dengesiyle эксперименталдык катары doğrulanması.

Gerçek bir Түркия uygulamasında изилдөө doğrudan nihai tasarım reçetesi катары kullanılmamalıdır. Su yerine yтор, hava, soğutucu агымkan же yakıt kullanılması; температура aralığı, материал, бет kalitesi жана pompa жанаrimi değiştiğinde optimizasyonun yeniden yapılması керек.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Teknik ыкма özeti

Temsilî karşılaştırmanın ana жыйынтыктарı

• Önerмененn ыкма 37,96 W менен багыттагычсыз referanstan %75,5 жогорураак жылуулук өткөрүү üretmiştir.
• Doğrudan генетикалык алгоритмnın 28,97 W sonucuna боюнча artış болжол менен %31'dir.
• Önerмененn ыкма 10, doğrudan GA болжол менен 100 CFD баалооsi kullanmıştır.
• Soğuk жана ысык taraftaki натыйжалуулук %82,54'e yükselmiştir.
• Basınç kayıpları 19,38 жана 19,79 kPa менен 20 kPa sınırının астында kalmıştır.
• Doğrudan GA муздак tarafta yalnızca 1,98 kPa kullanarak гидравликалык izni dengesiz bırakmıştır.
• Nihai temsilî yol uzunlukları муздак tarafta 57, ысык tarafta 15 ızgara adımıdır.

Altı koşuldan çıkarılan ortak табылгалар

• Saptırıcılı tasarımlar bütün koşullarda багыттагычсыз referansın үстүндө \(Q\) üretmiştir.
• Uygulanabilir kazanç aralığı %24,4–%78,6'dır.
• Daha uzun жана dar tasarım alanında iyмененştirme oranı düşmüştür.
• Akış дисперсияı daha dengesiz olan çekirdeklerde багыттагычтардыn yeniden etkinleştirebildiği бет аянты daha fazladır.
• Temsilî yol uzunluğu басым жоготуусуyla ilişkili olsa da tek başına kesin uygulanabilirlik garantisi жанаrmemiştir.
• Son beş adayın CFD тастыктооsı bazı koşullarda ilk aşama sonucunu küçük fakat ölçülebilir miktarda geliştirmiştir.

Изилдөөnın күчтүү жактары

• Aynı ikili tasarım gösterimi жана ошол эле CFD protokolü астында kontrollü алгоритм karşılaştırması yapılmıştır.
• Basınç kaybı, кийинdan raporlanan bir çıktı değil doğrudan uygulanabilirlik kısıtı катары колдонулган.
• Isı transferindeki artış hız, температура жана iki taraftaki агым çizgмененriyle mekanizma düzeyinde incelenmiştir.
• Ağ bторımsızlığı изилдөөsıyla сандык çözüm duyarlılığı kontrol кылынган.
• Farklı TPMS yapıları, hızlar, геометриялык derinlikler жана basınç sınırları test кылынган.
• Ablasyon analiziyle her физикалык ön bilginin гидравликалык жана termal rolü ayrı ayrı бааланган.
• CFD'nin генетикалык алгоритмnın her adımında kullanılmaması эсептөө maliyetini belirgin biçimde azaltmıştır.

Yeniden üretмененbilirlik жана yorumlama чектөөлөрү

• Akış ön bilgмененrini birleştiren \(\lambda\) торırlıklarının сандык değerleri bildirilmemiştir.
• Ceza fonksiyonunun теңдемеlerde küçültülmesi керекken алгоритм açıklamasında “en yükseğe çıkarılması” ifadesi колдонулган.
• Genetik алгоритмnın durma ölçütü жана dönüşüm turlarının kesin sayısı ayrıntılı катары жанаrilmemiştir.
• TPMS жана tasarım alanlarının bütün физикалык ölçüleri ana metinde yeterince ayrıntılı сууnulmamıştır.
• Doğrudan GA karşılaştırması altı koşulun yalnızca birinde бар.
• CFD баалоо sayıları karşılaştırılsa da toplam işlemci süresi жана donanım bilgisi жанаrilmemiştir.
• Deneysel prototip тастыктооsı жок.
• Malzeme özelliklerinin ысыкlığa bторlı değişimi ayrıntılı biçimde raporlanmamıştır.
• Üretim толерансı, minimum basılabilir kanal, destek yapıları жана toz temizleme gereksinimleri optimizasyona dâhil edilmemiştir.
• Yapısal gerilme, termal yorulma жана basınç dayanımı incelenmemiştir.
• Kirlenme жана uzun dönem изилдөө etkмененri modellenmemiştir.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

• Изилдөөnın tam özgün adı: Baffle optimization for TPMS compact heat exchangers via flow priors under hydraulic constraints
• Yazarlar жана sıraları: Lingxin Cao; Xiangjun Wu; Hanyue Xu; Xiaowei Duan; Bingteng Sun; Qiang Du; Dechun Li; Lin Lu
• Eş katkı же eş birinci yazarlık: Belirtilmemiştir.
• Sorumlu yazar: Lin Lu
• Sorumlu yazar e-postası: Изилдөөda belirtilmemiştir.
• Kurum 1: School of Information Science and Engineering, Shandong Uniжанаrsity, Qingdao, Shandong, Кытай
• Kurum 2: School of Computer Science and Technology, Shandong Uniжанаrsity, Qingdao, Shandong, Кытай
• Kurum 3: Advanced Gas Turbine Laboratory, Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Sciences, Pekin, Кытай
• DOI: 10.2139/ssrn.6944970
• Yayın platformu: SSRN
• Platform işletmecisi: Elsevier
• Özgün yayınevi: Uygulanamaz. SSRN bir preprint platformudur жана incelenen sürüm hakemli bir dergi yayını эмес.
• Hakemli dergi: Изилдөөda kabul edilmiş же yayımlanmış bir hakemli dergi adı belirtilmemiştir.
• Yayın yılı: 2026
• Kaynak türü: CFD tabanlı сандык optimizasyon изилдөөsı niteliğinde preprint
• Hakemlik durumu: Изилдөө рецензиядан өтө элекtir.
• Resmî SSRN bторlantısı:SSRN изилдөө sayfası
• DOI bторlantısı:10.2139/ssrn.6944970

Yüklenen sürüm, DOI жана altbilgi катары SSRN 6944970 kaydını kullanmaktadır. Aynı özgün başlık жана yazar listesiyle SSRN 6878424 numaralı daha erken bir kayıt da бар. Изилдөө bu iki kayıt ортосундаki ilişkinin мурдаki sürüm, düzeltilmiş sürüm же mükerrer kayıt olup olmadığını açıklamamaktadır. Bu nedenle atıf yapılırken incelenen güncel dosyayla eşleşen 10.2139/ssrn.6944970 kullanılmalıdır.

Изилдөө; National Natural Science Foundation of China tarafından U25A20438, 62472258 жана 52488101 numaralı hibelerle, ayrıca Qingdao Postdoctoral Science Foundation tarafından QDBSH20250202009 numaralı hibeyle desteklenmiştir.

Yazar katkı rolleri, жанаri же kod erişim bторlantısı жана açık bir çıkar çatışması beyanı изилдөөda орун алган эмес. Genetik алгоритмnın uygulama kodu, COMSOL model dosyaları жана optimize edilmiş bütün ikili дубал matrisleri açık bir arşiv bторlantısıyla сууnulmamıştır.

Bu Türkçe açıklama; изилдөөnın metni, теңдемелер, алгоритм агым şeması, багыттагыч yerleşimleri, hız жана температура alanları, агым çizgмененri, басым жоготуусу grafikleri, жылуулук өткөрүү grafikleri, tabloları жана абляция karşılaştırmaları incelenerek hazırlanmıştır. Bilimsel içerik yalnızca incelenen изилдөөya dayanmaktadır; dış булакlar yalnızca DOI, yazar kaydı, platform жана yayın durumunun bibliyografik doğrulanması үчүн колдонулган.

Изилдөөnın жыйынтыктарı сандык tasarım düzeyindedir. Bildirмененn %24,4–%78,6 artışlar эксперименталдык cihaz ölçümleri değil, belirli geometri, агымkan, hız, температура жана басым жоготуусу sınırları астында gerçekleştirмененn COMSOL симуляцияларыnın жыйынтыктарıdır. Bulguların gerçek ürün performansına dönüştürülebilmesi үчүн аддитивдик өндүрүшla prototip üretimi, basınç жана температура ölçümleri, kalorimetrik тастыктоо, üretim толерансı analizi жана uzun dönem dayanıklılık testleri gereklidir.