AI Summary & Key Takeaways
AI InsightThis study highlights that relying on a single MCDM method in thermodynamic optimization can lead to biased results, whereas the proposed consensus-based approach provides a definitive solution by balancing heat transfer enhancement (Nu) against hydraulic (f) and thermodynamic (Sgen,total) penalties with high mathematical reliability.
📌 3 Key Takeaways
Abstract
Passive enhancement techniques are crucial for improving the energy efficiency of heat exchangers. In this study, the thermodynamic performance of novel bio-inspired turbulators (FishScale, DragonEgg, and WavyCell) was experimentally investigated in the turbulent flow regime (Re: 10500–15000). A novel Consensus Multi-Criteria Decision-Making (MCDM) strategy was employed to identify the robust optimal design. The MEREC method determined the criteria weights as 0.4744 for the friction factor, 0.2997 for the Nusselt number, and 0.2286 for the total entropy generation. Results revealed a 'methodological sensitivity' among VIKOR, WASPAS, and MABAC, which initially identified different optimal designs. To resolve this, a Rank Sum consensus method was implemented. The consensus analysis demonstrated that the FishScale-2 Piece design at Re=15,000 achieved the most robust performance across all methodologies. This study highlights that relying on a single MCDM method in thermodynamic optimization can lead to biased results, whereas the proposed consensus-based approach provides a definitive solution by balancing heat transfer enhancement (Nu) against hydraulic (f) and thermodynamic (Sgen,total) penalties with high mathematical reliability.
Özet
Enerji verimliliğini artırmak amacıyla ısı değiştiricilerde pasif iyileştirme tekniklerinin kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Bu çalışmada, Balık Pulu (FishScale), Ejderha Yumurtası (DragonEgg) ve Dalgalı Hücre (WavyCell) geometrilerine sahip yeni biyo-esinlenilmiş türbülatorlerin termodinamik performansı deneysel olarak incelenmiştir. Deneyler, türbülanslı akış rejiminde (Reynolds sayısı: 10.500 – 15.000) gerçekleştirilmiş; Nusselt sayısı, sürtünme faktörü ve toplam entropi üretimi parametreleri analiz edilmiştir. Çalışmanın özgün yanı olarak, en iyi tasarımın belirlenmesinde tek bir yöntem yerine, Hibrit Çok Kriterli Karar Verme (ÇKKV) stratejisi benimsenmiştir. Ağırlıklandırma aşamasında MEREC yöntemi; sıralama aşamasında ise VIKOR, WASPAS ve MABAC yöntemleri karşılaştırmalı olarak kullanılmıştır. Analiz sonuçları, yöntemlerin matematiksel yapısındaki farklılıklar nedeniyle VIKOR, WASPAS ve MABAC'ın sırasıyla üç farklı tasarımı (FishScale-2, DragonEgg-1 ve WavyCell-3) önerdiğini göstermiştir. Bu sıralama belirsizliğini gidermek ve en kararlı çözümü elde etmek amacıyla Sıralama Toplamı konsensus yöntemi uygulanmıştır. Konsensus analizi sonucunda, tüm yöntemlerin ortak paydada en yüksek performansı onayladığı Re=15.000 değerindeki FishScale-2 Piece tasarımı, nihai optimal konfigürasyon olarak belirlenmiştir. Bu çalışma, termodinamik optimizasyon problemlerinde tek yöntemli analizlerin yanıltıcı olabileceğini ve konsensus temelli yaklaşımların güvenilirliği artırdığını ortaya koymaktadır.