Published January 1, 2020 | Version v1
Publication Open

Analysis of Temperature Profiles in Longitudinal Fin Designs by a Novel Neuroevolutionary Approach

  • 1. Abdul Wali Khan University Mardan
  • 2. Umm al-Qura University
  • 3. King Abdulaziz University

Description

Real application problems in physics, engineering, economics, and other disciplines are often modeled as differential equations. Classical numerical techniques are computationally expensive when we require solutions to our mathematical problems with no prior information. Hence, researchers are more interested in developing numerical methods that can obtain better solutions with fewer efforts and computational time. Heuristic algorithms are considered suitable candidates for such type of problems. In this research, we have developed a new neuroevolutionary algorithm that combines the power of feed- forward artificial neural networks (ANNs) and a modern metaheuristic, the Symbiotic Organism Search (SOS) algorithm. With our new approach, we have analyzed the simultaneous surface convection and radiation during heat transfer in different models of fins/heat exchangers. Longitudinal fins are considered with concave parabolic, rectangular and trapezoidal shapes. We have analyzed our problem in two scenarios and six sub-cases. Our solutions are of high quality, with minimum residual errors in all cases. We have established the quality of our results by calculating values of different performance indicators like Root-mean-square error (RMSE), Absolute error (AE), Generational distance (GD), Mean absolute deviation (MAD), Nash-Sutcliffe efficiency (NSE), Error in Nash-Sutcliffe efficiency (ENSE). Statistical and graphical analysis of our results suggests that our approach is suitable for handling real application problems. We have compared our results with state-of-the- art results, and the outcome of our analysis points to the superiority of our approach.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

غالبًا ما يتم نمذجة مشاكل التطبيق الحقيقية في الفيزياء والهندسة والاقتصاد والتخصصات الأخرى على أنها معادلات تفاضلية. التقنيات العددية الكلاسيكية باهظة الثمن من الناحية الحسابية عندما نحتاج إلى حلول لمشاكلنا الرياضية دون معلومات مسبقة. وبالتالي، يهتم الباحثون أكثر بتطوير الأساليب العددية التي يمكنها الحصول على حلول أفضل بجهود أقل ووقت حسابي أقل. تعتبر الخوارزميات الإرشادية مرشحة مناسبة لمثل هذا النوع من المشاكل. في هذا البحث، قمنا بتطوير خوارزمية تطورية عصبية جديدة تجمع بين قوة الشبكات العصبية الاصطناعية (ANNs) وخوارزمية metaheuristic الحديثة، وهي خوارزمية البحث عن الكائن التكافلي (SOS). من خلال نهجنا الجديد، قمنا بتحليل الحمل الحراري والإشعاع السطحي المتزامن أثناء نقل الحرارة في نماذج مختلفة من الزعانف/المبادلات الحرارية. تعتبر الزعانف الطولية ذات أشكال مكافئة مقعرة ومستطيلة وشبه منحرفة. لقد قمنا بتحليل مشكلتنا في سيناريوهين وست حالات فرعية. حلولنا ذات جودة عالية، مع الحد الأدنى من الأخطاء المتبقية في جميع الحالات. لقد حددنا جودة نتائجنا من خلال حساب قيم مؤشرات الأداء المختلفة مثل خطأ الجذر التربيعي (RMSE)، والخطأ المطلق (AE)، والمسافة بين الأجيال (GD)، ومتوسط الانحراف المطلق (MAD)، وكفاءة ناش- سوتكليف (NSE)، والخطأ في كفاءة ناش- سوتكليف (ENSE). يشير التحليل الإحصائي والرسومي لنتائجنا إلى أن نهجنا مناسب للتعامل مع مشاكل التطبيق الحقيقية. لقد قارنا نتائجنا بأحدث النتائج، وتشير نتائج تحليلنا إلى تفوق نهجنا.

Translated Description (French)

Les problèmes d'application réels en physique, en ingénierie, en économie et dans d'autres disciplines sont souvent modélisés sous forme d'équations différentielles. Les techniques numériques classiques sont coûteuses en calcul lorsque nous avons besoin de solutions à nos problèmes mathématiques sans information préalable. Par conséquent, les chercheurs s'intéressent davantage au développement de méthodes numériques qui peuvent obtenir de meilleures solutions avec moins d'efforts et de temps de calcul. Les algorithmes heuristiques sont considérés comme des candidats appropriés pour ce type de problèmes. Dans cette recherche, nous avons développé un nouvel algorithme neuroévolutif qui combine la puissance des réseaux neuronaux artificiels (RNA) et un métaheuristique moderne, l'algorithme Symbiotic Organism Search (SOS). Avec notre nouvelle approche, nous avons analysé la convection et le rayonnement de surface simultanés pendant le transfert de chaleur dans différents modèles d'ailettes/échangeurs de chaleur. Les ailettes longitudinales sont considérées avec des formes paraboliques, rectangulaires et trapézoïdales concaves. Nous avons analysé notre problème dans deux scénarios et six cas secondaires. Nos solutions sont de haute qualité, avec un minimum d'erreurs résiduelles dans tous les cas. Nous avons établi la qualité de nos résultats en calculant les valeurs de différents indicateurs de performance tels que l'erreur quadratique moyenne (RMSE), l'erreur absolue (AE), la distance générationnelle (GD), l'écart absolu moyen (MAD), l'efficacité de Nash-Sutcliffe (NSE), l'erreur dans l'efficacité de Nash-Sutcliffe (ENSE). L'analyse statistique et graphique de nos résultats suggère que notre approche est adaptée pour traiter des problèmes d'application réels. Nous avons comparé nos résultats avec des résultats de pointe, et le résultat de notre analyse souligne la supériorité de notre approche.

Translated Description (Spanish)

Los problemas reales de aplicación en física, ingeniería, economía y otras disciplinas a menudo se modelan como ecuaciones diferenciales. Las técnicas numéricas clásicas son computacionalmente costosas cuando requerimos soluciones a nuestros problemas matemáticos sin información previa. Por lo tanto, los investigadores están más interesados en desarrollar métodos numéricos que puedan obtener mejores soluciones con menos esfuerzos y tiempo computacional. Los algoritmos heurísticos se consideran candidatos adecuados para este tipo de problemas. En esta investigación, hemos desarrollado un nuevo algoritmo neuroevolutivo que combina el poder de las redes neuronales artificiales (RNA) y una metaheurística moderna, el algoritmo de búsqueda de organismos simbióticos (SOS). Con nuestro nuevo enfoque, hemos analizado la convección superficial simultánea y la radiación durante la transferencia de calor en diferentes modelos de aletas/intercambiadores de calor. Se consideran aletas longitudinales con formas parabólicas cóncavas, rectangulares y trapezoidales. Hemos analizado nuestro problema en dos escenarios y seis subcasos. Nuestras soluciones son de alta calidad, con mínimos errores residuales en todos los casos. Hemos establecido la calidad de nuestros resultados mediante el cálculo de valores de diferentes indicadores de rendimiento como el error cuadrático medio (RMSE), el error absoluto (AE), la distancia generacional (GD), la desviación absoluta media (MAD), la eficiencia de Nash-Sutcliffe (NSE) y el error en la eficiencia de Nash-Sutcliffe (ense). El análisis estadístico y gráfico de nuestros resultados sugiere que nuestro enfoque es adecuado para manejar problemas reales de aplicación. Hemos comparado nuestros resultados con los resultados de vanguardia, y el resultado de nuestro análisis apunta a la superioridad de nuestro enfoque.

Files

09119393.pdf.pdf

Files (245 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:cd42ab10d6d3663124dceacab0787b4b
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحليل ملامح درجة الحرارة في تصاميم الزعانف الطولية من خلال نهج عصبي تطوري جديد
Translated title (French)
Analyse des profils de température dans les conceptions d'ailerons longitudinaux par une nouvelle approche neuroévolutionnaire
Translated title (Spanish)
Análisis de perfiles de temperatura en diseños de aletas longitudinales mediante un nuevo enfoque neuroevolutivo

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3036493604
DOI
10.1109/access.2020.3003253

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1547495342
  • https://openalex.org/W1596914020
  • https://openalex.org/W178407265
  • https://openalex.org/W1826865167
  • https://openalex.org/W1979612310
  • https://openalex.org/W1981689130
  • https://openalex.org/W1983012048
  • https://openalex.org/W1985585033
  • https://openalex.org/W1986591412
  • https://openalex.org/W1987107059
  • https://openalex.org/W1990615559
  • https://openalex.org/W1998011149
  • https://openalex.org/W2009570165
  • https://openalex.org/W2014880578
  • https://openalex.org/W2016134912
  • https://openalex.org/W2032118161
  • https://openalex.org/W2033330591
  • https://openalex.org/W2033337659
  • https://openalex.org/W2035345685
  • https://openalex.org/W2043095165
  • https://openalex.org/W2046627322
  • https://openalex.org/W2051951622
  • https://openalex.org/W2052301544
  • https://openalex.org/W2053579218
  • https://openalex.org/W2062503449
  • https://openalex.org/W2080629255
  • https://openalex.org/W2080972202
  • https://openalex.org/W2091638274
  • https://openalex.org/W2107246018
  • https://openalex.org/W2161517517
  • https://openalex.org/W2165124516
  • https://openalex.org/W2599976384
  • https://openalex.org/W2771898388
  • https://openalex.org/W2789571749
  • https://openalex.org/W2889227713
  • https://openalex.org/W2899675781
  • https://openalex.org/W2902248801
  • https://openalex.org/W2921071281
  • https://openalex.org/W2941028263
  • https://openalex.org/W2969226653
  • https://openalex.org/W2969779876
  • https://openalex.org/W2985650650
  • https://openalex.org/W2995606192
  • https://openalex.org/W2995720307
  • https://openalex.org/W3001523303
  • https://openalex.org/W3003679051
  • https://openalex.org/W3011031911
  • https://openalex.org/W3013838762
  • https://openalex.org/W3015568951
  • https://openalex.org/W3019381115
  • https://openalex.org/W3021258062
  • https://openalex.org/W4239236385
  • https://openalex.org/W4253572765
  • https://openalex.org/W62662148