W pracy zaprezentowano nową metodykę obliczeń przepływowo-cieplno-wytrzymałościowych wymienników ciepła z ożebrowanymi rurami eliptycznymi. Proponowana metodyka obliczeń umożliwia pełną analizę warunków pracy wymiennika ciepła oraz sprawdzenie czy w konstrukcji urządzenia nie doszło do przekroczenia wartości dopuszczalnych naprężeń. W pracy wykorzystano zarówno programy komercyjne takie jak: ANSYS CFX oraz ANSYS Structural, jak również własne kody obliczeniowe MES oraz autorskie narzędzia optymalizacyjne. W pracy zaprezentowano również nową konstrukcję kolektora zbiorczego (zwanego też w literaturze komorą zbiorczą) dla dwubiegowego wymiennika ciepła z ożebrowanymi rurami eliptycznymi. Przy wykorzystaniu algorytmów optymalizacji dyskretnej takich jak: Metoda roju cząstek oraz Algorytm genetyczny dla liczb rzeczywistych uzyskano optymalne parametry geometryczne kolektora zbiorczego. Jego zmodyfikowany kształt umożliwia prawidłowy przepływ czynnika w przestrzeni rurowej wymiennika ciepła, co znacząco obniża naprężenia termiczne w konstrukcji urządzenia. Zaprezentowana w pracy metodyka obliczeń może być w przyszłości wykorzystana w biurach projektowych, jako narzędzie do projektowania i optymalizacji konstrukcji wymienników ciepła.
This paper presents a new methodology for coupled fluid flow-thermal and structural analysis of operating conditions for heat exchangers with finned elliptical tubes. The proposed method of calculation allows a complete analysis of operating conditions of the heat exchanger and allows checking whether the allowable stresses are not exceeded in the construction of the device. In the dissertation both commercial programs (ANSYS CFX and ANSYS Structural), as well as own FEM and optimization codes are used. This paper presents the new shape of collector of heat exchanger for the two-pass heat exchanger with finned elliptical tubes. Using the algorithms for discrete optimization such as Particle swarm optimization method (PASWO) and Continuous genetic algorithm (CGA) the optimal geometric parameters of new collector were obtained. The modified design of collector allows obtaining the proper flow distribution, which significantly reduces thermal stresses in the construction of the device. The methodology of calculation, which is presented in this work, may have a future application in design offices as a tool for design and performance optimization of heat exchangers.
