Development of a physics-based surrogate model using two-dimensional first principle equations and optimization of open rack vaporizer

汽化器 替代模型 计算流体力学 液化天然气 热交换器 工程类 核工程 数学优化 天然气 机械工程 数学 航空航天工程 废物管理
作者
Suk Hoon Choi,Dong Hwi Jeong,Jong Min Lee
出处
期刊:Applied Thermal Engineering [Elsevier]
卷期号:226: 120262-120262 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.applthermaleng.2023.120262
摘要

In an effort to provide stable and affordable city gas, the open rack vaporizer (ORV), a heat exchanger that vaporizes Liquefied Natural Gas (LNG) using seawater, is receiving significant attention. In this study, a physics-based surrogate model for the ORV system with high fidelity and low computational load compared to a computational fluid dynamics (CFD) model is developed based on two-dimensional (2D) first principle equations of energy and mass balances for heat transfer. Partial key parameters are estimated using the mean squared error based parameter subset selection method with global sensitivity analysis to address the overfitting issue. The resulting physics-based surrogate model shows robust performance and approximates the temperature profile with an error of less than 5% compared to the CFD data. Using the surrogate model, operating conditions are optimized with both multi-objective and single-objective functions. The results indicate that the two objectives, profit and LNG outlet temperature, are incompatible and that two operating conditions, LNG and seawater flowrates, are inversely proportional.

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