Це дослідження спрямоване на оптимізацію роботи теплообмінних апаратів і змішувальних машин для підвищення ефективності виробничих процесів. В дослідженні використано експериментальний підхід з моделями, які описують процеси теплопередачі, гідравлічного опору та однорідності суміші для визначення оптимальних параметрів обладнання. Дослідження показало, що оптимізація роботи теплообмінних апаратів може призвести до суттєвого підвищення енергоефективності та зниження експлуатаційних витрат. Найкращі результати були досягнуті при температурі теплоносія 90°C і тиску 5 Бар, що забезпечило максимальну теплопередачу у 350 000 Вт. Виявлено, що зниження гідравлічного опору до оптимального рівня дозволяє зменшити енергетичні витрати на перекачування теплоносія на 15 %. Дослідження також показало, що для досягнення максимальної однорідності суміші в змішувальних машинах оптимальна швидкість обертання становить 400 об/хв. При цьому вдалося досягти показника однорідності суміші, рівного 16. Було встановлено, що температура компонентів, які подаються у змішувальні машини, має істотний вплив на кінцеву якість продукту. Наприклад, оптимальна температура для певних компонентів дозволила зменшити час змішування на 10 %, що сприяло підвищенню загальної продуктивності. Інтеграція систем автоматичного керування, таких як система автоматичного керування, дозволило в реальному часі проводити моніторинг і коригування параметрів обладнання, що додатково підвищило ефективність виробничих процесів. Крім того, було виявлено, що комплексна оптимізація параметрів роботи апаратів дозволяє збільшити тривалість їхнього життєвого циклу, зменшуючи частоту технічного обслуговування на 20%. Оптимізація експлуатації теплообмінних апаратів і змішувальних машин значно підвищує ефективність виробництва та якість кінцевої продукції, сприяючи зниженню витрат і підвищенню надійності обладнання
матеріали, температура, тиск, оптимальні параметри, підвищення ефективності
[1] Abeykoon, C. (2020). Compact heat exchangers – design and optimization with CFD. International Journal of Heat and Mass Transfer, 146, article number 118766. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118766.
[2] Aresti, L., Christodoulides, P., & Florides, G. (2020). A review of the design aspects of ground heat exchangers. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 92, 757-773. doi: 10.1016/j.rser.2018.04.053.
[3] Babak, V.P., & Kovtun, S.I. (2019). Calibration thermoelectric heat flux sensor in the diagnostic system of thermal state of electric machines. Technical Electrodynamics, 2019(1), 89-92. doi: 10.15407/techned2019.01.089.
[4] Bahiraei, M., Foong, L.K., Hosseini, S., & Mazaheri, N. (2021). Predicting heat transfer rate of a ribbed triple-tube heat exchanger working with nanofluid using neural network enhanced by advanced optimization algorithms. Powder Technology, 381, 459-476. doi: 10.1016/j.powtec.2020.12.003.
[5] Biçer, N., Engin, T., Yaşar, H., Büyükkaya, E., Aydın, A., & Topuz, A. (2020). Design optimization of a shell-and-tube heat exchanger with novel three-zonal baffle by using CFD and Taguchi method. International Journal of Thermal Sciences, 155, 106-118. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2020.106417.
[6] Dong, X., Liao, Z., Sun, J., Huang, Z., Jiang, B., Wang, J., & Yang, Y. (2020). Simultaneous optimization of a heat exchanger network and operating conditions of organic Rankine cycle. Process Systems Engineering, 59(25), 11596-11609. doi: 10.1021/acs.iecr.0c01708.
[7] Elsido, C., Martelli, E., & Grossmann, I.E. (2021). Multiperiod optimization of heat exchanger networks with integrated thermodynamic cycles and thermal storages. Computers & Chemical Engineering, 149, article number 107293. doi: 10.1016/j.compchemeng.2021.107293.
[8] Fawaz, A., Hua, Y., Le Corre, S., Fan, Y., & Luo, L. (2022). Topology optimization of heat exchangers: A review. Energy, 252, article number 124053. doi: 10.1016/j.energy.2022.124053.
[9] Filimonov, S., & Yashchenko, S. (2023). Improved design of vibratory plow with piezoceramic actuator. Bulletin of Cherkasy State Technological University, 28(1), 23-31. doi: 10.24025/2306-4412.1.2023.268433.
[10] Ghalandari, M., Shahrestani, M.I., Maleki, A., Shadloo, M.S., & Assad, M.E. (2021). Applications of intelligent methods in various types of heat exchangers: A review. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 145, 1837-1848. doi: 10.1007/s10973-020-10425-3.
[11] Gürses, D., Mehta, P., Sait, S.M., Kumar, S., & Yildiz, A.R. (2023). A multi-strategy boosted prairie dog optimization algorithm for global optimization of heat exchangers. Materials Testing, 65(9), 1396-1404. doi: 10.1515/mt-2023-0082.
[12] Hachem, H., & Gheith, R. (2018). Technological challenges and optimization efforts of the Stirling machine: A review. Energy Conversion and Management, 171, 1365-1387. doi: 10.1016/j.enconman.2018.06.042.
[13] Hatskyi, A., & Hatskyi, І. (2023). Synthesis of microclimate control in the emergency air supply chamber. Mining Journal of Kryvyi Rih National University, 21(1), 163-169.
[14] Havrylenko, Y., Kholodniak, Y., Halko, S., Vershkov, O., Miroshnyk, O., Suprun, O., Dereza, O., Shchur, T., & Śrutek, M. (2021). Representation of a monotone curve by a contour with regular change in curvature. Entropy, 23(7), article number 923. doi: 10.3390/e23070923.
[15] Jamil, M.A, Goraya, T.S., Shahzad, M.W., & Zubair, S.M. (2020). Exergoeconomic optimization of a shell-and-tube heat exchanger. Energy Conversion and Management, 226, article number 113462. doi: 10.1016/j.enconman.2020.113462.
[16] Klemeš, J.J., Wang, Q.-W., Varbanov, P.S., Zeng, M., Chin, H.H., Lal, N.S., Li, N.-Q., Wang, B., Wang, X.-C., & Walmsley, T.G. (2020). Heat transfer enhancement, intensification and optimisation in heat exchanger network retrofit and operation. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 120, article number 109644. doi: 10.1016/j.rser.2019.109644.
[17] Kola, P.V., Pisipaty, S.K., Mendu, S.S., & Ghosh, R. (2021). Optimization of performance parameters of a double pipe heat exchanger with cut twisted tapes using CFD and RSM. Chemical Engineering and Processing – Process Intensification, 163, article number 108362. doi: 10.1016/j.cep.2021.108362.
[18] Krzywanski, J. (2022). A general approach in optimization of heat exchangers by bio-inspired artificial intelligence methods. Energies, 12(33), article number 4741. doi: 10.3390/en12234441.
[19] Lerou, P.P., Veenstra, T.T., Burger, J.F., Brake, H.J., & Rogalla, H. (2005). Optimization of counterflow heat exchanger geometry through minimization of entropy generation. Cryogenics, 45(10-11), 659-669. doi: 10.1016/j.cryogenics.2005.08.002.
[20] Liang, X., Li, A., Rollett, A.D., & Zhang, Y.J. (2022). An isogeometric analysis-based topology optimization framework for 2D cross-flow heat exchangers with manufacturability constraints. Engineering with Computers, 34, 4829-4852. doi: 10.1007/s00366-022-01716-4.
[21] Lodhi, S.K., Hussain, H.K., & Hussain, I. (2024). Using AI to increase heat exchanger efficiency: An extensive analysis of innovations and uses. International Journal of Multidisciplinary Sciences and Arts, 3(4). doi: 10.47709/ijmdsa.v3i4.4617.
[22] Martinelli, M., Elsido, C., Grossmann, I.E., & Martelli, Е. (2022). Simultaneous synthesis and optimization of refrigeration cycles and heat exchangers networks. Applied Thermal Engineering, 206, article number 118052. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2022.118052.
[23] Mohammadi, M.H., Abbasi, H.R., Yavarinasab, A., & Pourrahmani, H. (2020). Thermal optimization of shell and tube heat exchanger using porous baffles. Applied Thermal Engineering, 170, article number 115005. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2020.115005.
[24] Orumbayev, R.K., Bakhtiyar, B.T., Umyshev, D.R., Kumargazina, M.B., Otynchiyeva, M.T., & Akimbek, G.A. (2021). Experimental study of ash wear of heat exchange surfaces of the boiler. Energy, 215, article number 119119. doi: 10.1016/j.energy.2020.119119.
[25] Pordanjani, A.H., Vahedi, S.M., Aghakhani, S., & Afrand, M., Mahian, O., & Wang, L.-P. (2020). Multivariate optimization and sensitivity analyses of relevant parameters on efficiency of scraped surface heat exchanger. Applied Thermal Engineering, 178, article number 115445. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2020.115445.
[26] Rao, R.V., Saroj, A., Ocloń, P., & Taler, J. (2020). Design optimization of heat exchangers with advanced optimization techniques: A review. Archives of Computational Methods in Engineering, 27, 517-548. doi: 10.1007/s11831-019-09318-y.
[27] Saeed, M., Berrouk, A.S., Wahedi, Y.F., & Singh, M.P. (2022). Performance enhancement of a C-shaped printed circuit heat exchanger in supercritical CO2 Brayton cycle: A machine learning-based optimization study. Case Studies in Thermal Engineering, 38, article number 102276. doi: 10.1016/j.csite.2022.102276.
[28] Son, H., Austbø, B., Gundersen, T., Hwang, J., & Lim, Y. (2022). Techno-economic versus energy optimization of natural gas liquefaction processes with different heat exchanger technologies. Energy, 245, article number 123232. doi: 10.1016/j.energy.2022.123232.
[29] Spivak, O., Rezydent, N., Rezydent, D., & Tkach, N. (2024). Influence of geometric characteristics of the French on heat transfer heat exchange surface. Modern Technologies, Materials and Structures in Construction, 21(1), 154-160. doi: 10.31649/2311-1429-2024-1-154-160.
[30] Wang, S., Tian, Y., & Li, S. (2021). A simultaneous optimization of a flexible heat exchanger network under uncertain conditions. Applied Thermal Engineering, 183, article number 116230. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2020.116230.
[31] Wildi-Tremblay, Ph., & Gosselin, L. (2006). Minimizing shell-and-tube heat exchanger cost with genetic algorithms and considering maintenance. International Journal of Energy Research, 31, 867-885. doi: 10.1002/er.1272.
[32] Xu, G., Zhuang, L., Dong, B., Liu, Q., & Wen, J. (2020). Optimization design with an advanced genetic algorithm for a compact air-air heat exchanger applied in aero engine. International Journal of Heat and Mass Transfer, 158, article number 119952. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119952.
[33] Zamora, J.M., Hidalgo-Muñoz, M.G., Pedroza-Robles, L.E., & Núñez-Serna, R.I. (2020). Optimization and utilities relocation approach for the improvement of heat exchanger network designs. Chemical Engineering Research and Design, 156, 209-225. doi: 10.1016/j.cherd.2020.01.024.
[34] Zhang, J., Zhu, X., Mondejar, M.E., & Haglind, F. (2019). A review of heat transfer enhancement techniques in plate heat exchangers. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 101, 305-328. doi: 10.1016/j.rser.2018.11.017.
[35] Zhou, K., Mao, J., Zhang, H., Li, Y., Yu, X., Chen, F., & Li, M. (2022). Design strategy and techno-economic optimization for hybrid ground heat exchangers of ground source heat pump system. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 52, article number 102140. doi: 10.1016/j.seta.2022.102140.