مدل سازی و بهینه سازی ویسکوزیته نسبی و نسبت هدایت گرمایی نانوسیال هیبریدی MWCNT-Y2O3 پایه آبی با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی و بهینه سازی چندهدفه ازدحام ذرات

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، واحد خمینی شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، خمینی شهر، ایران

2 گروه مهندسی نفت، واحد خمینی شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، خمینی شهر، ایران

10.61186/masm.2025.2068801.1167
چکیده
نانوذرات می‌توانند با ارتقای خواص ترموفیزیکی سیالات پایه منجر به افزایش کارایی آن‌ها بویژه در کاربردهای انتقال حرارت شوند. از این‌رو دستیابی به خواص ترموفیزیکی بهینه نانوسیالات از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این تحقیق، به طراحی و آموزش دو شبکه عصبی مصنوعی (ANN) پیشخور دو لایه جهت پیشگویی ویسکوزیته نسبی و نسبت هدایت گرمایی نانوسیال هیبریدی پایه آبی MWCNT-Y2O3 (با نسبت وزنی نانوذرات 80:20) پرداخته شده است. نمونه نانوسیال های مورد مطالعه، دارای غلظت های حجمی متفاوت (01/0 تا 2/0 درصد) نانو ذرات MWCNT-Y2O3 در سیال پایه بوده و مقادیر ویسکوزیته نسبی و نسبت هدایت گرمایی آنها در دماهای مختلف ˚C25 تا ˚C60) در دسترس بوده است. برای هر ANN طراحی شده به منظور تخمین هر یک از خروجی های ویسکوزیته نسبی و نسبت هدایت گرمایی نانوسیال، نمودارهای رگرسیون متناظر هر دسته از داده های آموزش، اعتبارسنجی و آزمون گویای عملکرد مطلوب شبکه بوده اند. بطوریکه میزان درصدهای خطای نسبی میانگین و بیشینه بدست آمده برای داده‌های آزمون شبکه نظیر خروجی ویسکوزیته نسبی به ترتیب برابر 5120/0 و 5450/2 و نظیر خروجی نسبت هدایت گرمایی به ترتیب برابر 1733/0 و 2874/0 حاصل شده‌اند. هم‌چنین، بر مبنای مدل ایجاد شده یک مسئله بهینه سازی چند هدفه در راستای تعیین همزمان مقادیر کمینه ویسکوزیته نسبی و بیشینه نسبت هدایت گرمایی نانوسیال تعریف شده و با استفاده از روش فرا ابتکاری بهینه سازی چندهدفه ازدحام ذرات (MOPSO) حل شده است و در پی آن مقادیر بهینه توابع هدف و پارامترهای ورودی نظیر و نمودار نقاط بهینه پارتو ترسیم شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Modeling and Optimization of Relative Viscosity and Thermal Conductivity Ratio of Water-Based MWCNT-Y2O3 Hybrid Nanofluid Using Artificial Neural Network and Multi-Objective Particle Swarm Optimization

نویسندگان English

Ali Mokhtarian 1
Mojtaba Rahimi 2
Mohammad Hashemian 1
1 Department of Mechanical Engineering, Kho.C., Islamic Azad University, Khomeinishahr, Iran
2 Department of Petroleum Engineering, Kho.C., Islamic Azad University, Khomeinishahr, Iran
چکیده English

Nanoparticles can enhance the thermophysical properties of base fluids, leading to increased efficiency, especially in heat transfer applications. Therefore, achieving optimized thermophysical properties of nanofluids is of particular importance. In this study, two multilayer feedforward artificial neural networks (ANN) were designed and trained to predict the relative viscosity and thermal conductivity ratio of a water-based hybrid nanofluid MWCNT-Y2O3 (with a nanoparticle weight ratio of 80:20). The nanofluid samples studied contained varying volume concentrations of MWCNT-Y2O3 nanoparticles (from 0.01 to 0.2 percent) in the base fluid. Experimental data for relative viscosity and thermal conductivity ratio at different temperatures (from 25°C to 60°C) were available. For each ANN designed to estimate either the relative viscosity or the thermal conductivity ratio outputs, regression plots corresponding to the training, validation, and testing data sets demonstrated the networks' excellent performance. The mean and maximum relative percentage errors obtained for the testing data were as follows: for relative viscosity output, 0.5120% mean error and 2.5450% maximum error; for thermal conductivity ratio output, 0.1733% mean error and 0.2874% maximum error. Moreover, based on the developed model, a multi-objective optimization problem was formulated to simultaneously determine the minimum relative viscosity and maximum thermal conductivity ratio of the nanofluid. This problem was solved using the multi-objective particle swarm optimization (MOPSO) metaheuristic method. Consequently, the optimal objective function values and input parameters were obtained, and the Pareto optimal points were graphically illustrated.

کلیدواژه‌ها English

Hybrid nanofluid
Relative viscosity
Thermal conductivity ratio
Artificial neural network
Multi-objective optimization

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 29 شهریور 1404

  • تاریخ دریافت 25 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 23 شهریور 1404
  • تاریخ پذیرش 29 شهریور 1404