نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه کاشان، کدپستی: ۸۷۳۱۷۵۳۱۵۳، کاشان- ایران
2 پژوهشکده چرخه سوخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 8486-11365، تهران- ایران
3 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی اصفهان، کدپستی: ۸۴۱۵۶۸۳۱۱۱، اصفهان - ایران
چکیده
حفظ خلأ در فضای بین روتور و بدنه یک ماشین سانتریفیوژ گازی در حین فرایند گازدهی و غنی‌سازی حائز اهمیت است. به همین دلیل پمپ مولکولار روی قسمت بالایی بدنه متصل می‌شود که دارای شیارهایی است که وقتی ذرات در حال حرکت با آن برخورد می‌کنند با توجه به جهت شیارها، به صورتی منحرف می‌شوند که مجدداً به درون روتور بازگردند. یکی از روش‌های تحلیل جریان گاز درون پمپ مولکولار، حل معادلات جریان با روش سیکافوس و همکاران می‌باشد که با توجه به کاهش زمان محاسبات، بسیار مفید می‌باشد. در این مقاله جهت دستیابی به پارامترهای هندسی و عملیاتی بهینه پمپ مولکولار از چهار الگوریتم فراابتکاری استفاده شده است. نتایج نشان می‌دهد در بین الگوریتم‌های فراابتکاری، بهینه‌سازی با الگوریتم نهنگ گوژ پشت (WOA) بیشترین نسبت تراکم برای پمپ مولکولار ایجاد می‌گردد. مقدار انحراف متوسط مطلق لگاریتم نسبت تراکم فشار با مقادیر پیش‌بینی شده توسط روش سیکافوس ارتقا یافته با پارامترهای بهینه، نشان‌دهنده تطابق بسیار خوب روش تجربی و روش مذکور با الگوریتم فراابتکاری WOA می‌باشد.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Optimization of molecular pump by meta-heuristic algorithms: modified Sickafus method
نویسندگان [English]
- M. Khajenoori 1
- S. Yousefi-Nasab 2
- S.J. Safdari 2
- S. Basiri 3
1 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Kashan, Postal Code: 8731753153, Kashan – Iran
2 Nuclear Fuel Cycle Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O.Box: 11365-8486, Tehran - Iran
3 Faculty of Chemical Engineering, Isfahan University of Technology, Postal Code: 8415683111, Isfahan - Iran
چکیده [English]
It is important to maintain the vacuum in the space between the rotor and the body of a gas centrifuge machine during the gasification and enrichment process. For this reason, a molecular pump is connected to the upper part of the body. The pump has grooved that particles collide with as they move. Depending on the direction of the grooves, the particles are deflected and return to the rotor. One method of analyzing the gas flow inside the molecular pump is by solving the flow equations using the Sickafus method and his colleagues. This method is useful because it reduces calculation time. In this article, four meta-heuristic algorithms were used to determine the optimal geometric and operational parameters of the molecular pump. The results indicate that among the meta-heuristic algorithms, optimization with the humpback whale algorithm (WOA) produces the highest compression ratio for the molecular pump. The average absolute deviation value of the logarithm of the pressure density ratio, when compared to values predicted by the upgraded Sickafus method with optimal parameters, shows a very good agreement between the experimental method and the upgraded Sickafus method using the meta-heuristic WOA algorithm.
کلیدواژه‌ها [English]
- Meta-heuristic algorithm
- Molecular pump
- Sickafus method
- Compression ratio
- Yousefi-Nasab S, Safdari J, Karimi-Sabet J, Khajenoori M. Prediction of the compression ratio of a Holweck-type molecular pump with the presence of multi-component gases using a modified Sickafus method for high-speed rotors. Vacuum. 2020;172: 109056.
- Holweck F. Pompe Moleculaire Helicoidale. C. R. Acad. Sci. 1923;43:177.
- Gaede W. Die molekularluflpumpe. Annalen der Physik. 1913;346(7):337-380.
- Sawada T. Rarefied gas flow in a rectangular groove facing a moving wall. Sci. Papers. 1976;70(4):79-86.
- Sawada T, Taniguchi O. The Axial Flow Molecular Pump. Bull. JSME. 1973;16(92):312–318.
- Sugiyama W, Sawada T. Pumping mechanism of helical grooved molecular drag pumps. Journal of vacuum science & technology. 1999;17(4):2069-2074.
- Skovorodko P.A. Free molecular flow in the Holweck pump. In AIP Conference Proceedings. 2001;585.
- Sickafus E.N, Nelson R.B, Lowry R.A. The holweck type molecular pump. university of virginia. Report no. EP-4422-178-61U. 1961.
- Bird G. Molecular gas dynamics and the direct simulation of gas flows. Oxford University Press. New York, Oxford University Press. 1994.
- Khajenoori M, Safdari J, Haghighi Asl A, Norouzi A. Modeling gas-granular flow in molecular using the DSMC method and continuum regions by Onsager’s pancake equation with mass sources and sinks in a rotating cylinder. Granular Matter. 2019;21:1-15.
- Khajenoori M, Haghighi Asl A, Safdari J, Norouzi A. Modeling and simulating of feed flow in a gas centrifuge using the Monte Carlo method to calculate the maximum separation power. Journal of Molecular Modeling. 2019;25:1-12.
- Khajenoori M, Haghighi Asl A, Safdari J, Norouzi A. Investigation of hydrodynamic parameters inside a gas centrifuge rotor in the presence of hydrogen fluoride and air light gases using DSMC and Boltzmann distribution function. Journal of Nuclear Science and Technology. 2021;94:118-127.
- Khajenoori M, Safdari J, Haghighi Asl A, Norouzi A. Modeling and simulation of the gas behavior in a gas centrifuge rotor in the presence of hydrogen fluoride light gas by DSMC and Onsager-pancake. Journal of Nuclear Science and Technology. 2022;98:44-53.
- Kirkpatrick S, Gelatt C.D, Vecchi M.P. Optimization by simulated annealing. Science. 1989;220:671–680.
- Aarts E, Korst J.H.M. Simulated annealing and Boltzmann machines. Wiley. New York. 1989.
- Mirjalili S.A, Mirjalili S.M, Lewis A. Grey Wolf Optimizer. Advances in Engineering Software. 2014;69:46-61.
- Mehrabian A.R, Caro L. A novel numerical optimization algorithm inspired from weed colonization. Ecol. Inform. 2006;1:355–366.
- Khajenoori M, Safdari J, Yousefi-Nasab S, Mallah M.H, Karimi-Sabet J, Askari M.H. Optimization of a conical cascade using invasive weed optimization (IWO) algorithm for multi-component systems: Investigation of the effect of feed flow on the separation factor of centrifuge machines in the cascade by DSMC method. Annals of Nuclear Energy. 2021;162:108497.
- Mirjalili S.A, Lewis A. The Whale Optimization Algorithm. Advances in Engineering Software. 2016;95:51-67.
- Ghoreishi S.M, Gholami Shahrestani R. Subcritical water extraction of mannitol from olive leaves. Journal of Food Engineering. 2009;93(4):474-481.
)