HEEDSを用いた熱交換器のマルチパラメータ最適化

今回はFLOEFDのHEEDSオプションを用い、3組のユニットを備える熱交換器の設計最適化を行いました。

解析条件

●　解析モデル
図1に解析モデルの概要を示します。

図1：解析モデルの概要

●　解析条件
表1に解析条件を示します。

表1：解析条件

表2に最適化の条件を示します。

表2：最適化条件

最適化計算の結果を以下に示します。

表3：探査初期の設計ポイントと最適解の設計ポイントにおける設計変数、目標値

図2：最適解の設計ポイントにおける流速の断面プロット

図3：最適解の設計ポイントにおける静圧の断面プロット

図4：全設計ポイントにおける設計変数の傾向

図5：各計算回数（設計ポイント）における均一度のプロット

今回の解析事例では、FLOEFDのHEEDSオプションを用い、3組のユニットを備える熱交換器の設計最適化を行いました。
目標値として、所定の圧力損失を実現しつつ各ユニットへの流量を均一化するように、設計変数であるレギュレータバルブの開閉条件と各ユニットの寸法を最適化することができました。

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使用ソフト	Simcenter FLOEFD　HEEDSオプション
メッシュ数	1.7万セル
計算時間	全200回の計算で80分（1ポイントあたり8コア使用で5ポイント同時実行）
CPU	Intel(R) Xeon(R) Platinum 8260 CPU @ 2.40GHz

目標値	・気体の総流入量は60 kg/s、各ユニットへの流入量(F1, F2, F3)を均一化・圧力損失(dP)は最小
制約条件	・各流量は19~21 kg/sの範囲・圧力損失は350 Pa以下
設計変数	・3か所のレギュレータバルブの開閉角度（θ1, θ2, θ3 = 0~90°）・3つのユニットの高さ（H=2~6 m）、幅（W=2.25~6 m）
計算の最大数	200