The present study aims to predict the heat transfer characteristics around a square cylinder with different corner radii using multivariate adaptive regression splines (MARS). Further, the MARS-generated objective function is optimized by particle swarm optimization. The data for the prediction are taken from the recently published article by the present authors [P. Dey, A. Sarkar, A.K. Das, Development of GEP and ANN model to predict the unsteady forced convection over a cylinder, Neural Comput. Appl. (2015) 1-13]. Further, the MARS model is compared with artificial neural network and gene expression programming. It has been found that the MARS model is very efficient in predicting the heat transfer characteristics. It has also been found that MARS is more efficient than artificial neural network and gene expression programming in predicting the forced convection data, and also particle swarm optimization can efficiently optimize the heat transfer rate.
This paper presents an optimal design of a micro evaporator which maximizes the heat transfer coefficient. Number of gaps, spanwise distance and streamwise distance are selected as the geometric design parameters. Mass flow rate of the refrigerant is selected as the non-geometric design parameter. Temperature at the surface of the heater is measured to valuate the heat transfer coefficient. Nine experiments are conducted using $L_9(3^4)$ orthogonal array. Maximum heat transfer coefficient is 640 W/$m^2K$ at the parameters of 2 gaps, 0.2 mm spanwise distance, 1.0 mm streamwise distance and 0.72 g/s mass flow rate. Among the 3 geometric parameters, the spanwise distance is the most sensitive parameter influencing the heat transfer coefficient. We conduct a second stage of experiment to increase the heat transfer coefficient by reselecting the mass flow rate. We concluded that 0.87 g/s is the optimized flow rate for an active micro cooler resulting in a heat transfer coefficient of 651 W/$m^2K$.
Ning Tang;Chun-dong Hu;Yuan-lai Xie;Jiang-long Wei;Zhi-Wei Cui;Jun-Wei Xie;Zhuo Pan;Yao Jiang
Nuclear Engineering and Technology
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제54권11호
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pp.4134-4145
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2022
The collimator is one of the high-heat-flux components used to avoid a series of vacuum and thermal problems. In this paper, the heat load distribution throughout the collimator is first calculated through experimental data, and a transient thermodynamic simulation analysis of the original model is carried out. The error of the pipe outlet temperature between the simulated and experimental values is 1.632%, indicating that the simulation result is reliable. Second, the model is optimized to improve the heat transfer performance of the collimator, including the contact mode between the pipe and the flange, the pipe material and the addition of a twisted tape in the pipe. It is concluded that the convective heat transfer coefficient of the optimized model is increased by 15.381% and the maximum wall temperature is reduced by 16.415%; thus, the heat transfer capacity of the optimized model is effectively improved. Third, to adapt the long-pulse steady-state operation of the experimental advanced superconducting Tokamak (EAST) in the future, steady-state simulations of the original and optimized collimators are carried out. The results show that the maximum temperature of the optimized model is reduced by 37.864% compared with that of the original model. The optimized model was changed as little as possible to obtain a better heat exchange structure on the premise of ensuring the consumption of the same mass flow rate of water so that the collimator can adapt to operational environments with higher heat fluxes and long pulses in the future. These research methods also provide a reference for the future design of components under high-energy and long-pulse operational conditions.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제12권1호
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pp.25-32
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2008
A pin fin is optimized based on the increasing rate of heat loss by using a two-dimensional analytic method. The optimum heat loss, corresponding optimum thermal resistance and fin length are presented as a function of the fin base thickness, convection characteristic numbers ratio, fin outer radius and ambient convection characteristic number. One of the results shows that both the optimum heat loss and fin length decrease linearly whereas the optimum thermal resistance increases very slightly with increase of the fin base thickness.
한국전산유체공학회 2003년도 The Fifth Asian Computational Fluid Dynamics Conference
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pp.237-239
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2003
The present study investigates on design optimization of rib-roughened two-dimensional channel to enhance turbulent heat transfer. Response surface method with Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis is used as an optimization technique. Standard $k-{\varepsilon}$model with wall functions is adopted as a turbulence closure. The objective function is defined as a linear combination of heat transfer and friction drag coefficients with weighting factor. Computational results for overall heat transfer rate show good agreements with experimental data. Four design variables are optimized for weighting factor of 0.02.
반발 입자 군집 최적화 알고리즘을 이용하여 시편 표면에서의 대류열전달 계수, 방사율 및 화염에 의한 열유속을 예측하였다. 콘 칼로리미터를 이용하여 여러 열유속 조건 하에서의 방무목 시편의 표면 온도와 질량감소율 및 발화시간을 측정하였다. 본 연구에서 최적화된 대류열전달계수, 방사율 및 화염에 의한 열유속을 이용하여 계산된 표면온도는 실험결과와 각 열유속에 대하여 평균오차가 2% 내로 잘 일치하였다. 본 연구에서 제시한 방법을 이용하여 실험적 방법으로 직접 측정하기 매우 어려운 화염이 발생하는 표면에서 열전달과 관련된 여러 물리량을 구할 수 있다.
Various types of integrated steam generators, which integrate IHTS and a steam generator into a single unit of equipment for an LMR, were analyzed using an analytic solution with some simplification. The analysis showed that the undesirable reversed heat transfer, of which occurrence was previously observed only in an integrated single-region bundle type, can also occur in an integrated double-region bundle type. The mechanism of the reversed heat transfer occurrence in the double-region type is explained and it is shown the mechanism in the double-region type is completely different from that in the single-region type. Based on this finding, a method for preventing the aforementioned heat transfer is suggested. The performance of the four types of the integrated steam generators is assessed. For this assessment, a SG is actually designed for each type and the optimization in the geometric parameters and flow rate are optimized.
A general procedure for the optimal design of a micro-channel heat exchanger for heat pump systems is presented. For this design, a performance analysis program that can reflect the various geometric variables of the micro-channel heat exchanger was developed. The deviation between simulated and experiment results of previous research was within 4% for the heat transfer rate. To prove the feasibility of the optimal design process, the performance of the reference heat exchanger was compared to that of the optimized heat exchanger. The $JF_{air}$ and PECv of the optimized heat exchanger were enhanced by 14% and 26%, respectively.
Entropy generation along with exergetic analysis is carried out using turbulent nanofluid flow in the heat exchanger. To obtain the optimized percentage constituent of nanofluid, the nanofluid volume concentrations is varied for the given input conditions. For different Reynolds number of the fluid and heat capacity rate ratio between the streams, the heat transfer improvements are studied in terms of nano particles diameter. Parametric analysis is carried out for a counterflow heat exchanger using turbulent nanofluid flow with exergetic efficiency along with entropy generation number as performance parameters. The exergetic efficiency provides realistic approach in the design of nanofluid applications in heat exchanger leading to conservation of energy.
In this paper, the heat transfer phenomena in the sensor tube of a mass flow controller(MFC) were studied by experiments. In the sensor tube of MFC, the difference of temperature between inlet and outlet was necessary for calculating the mass flow rate. Therefore, the relations of flow rate, generated heat by heating wire, sensor location and tube thickness were investigated to find the optimized condition. Based on this study, static and dynamic characteristics of sensor can be used for mass flow controller.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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