A 3D nyomtatás optimalizálja a hőcserélő kialakítását, és a teljesítménye 20 -szorosára nő

2021. szeptember 22-én az Illinois-i Egyetem 3D nyomtatási technológiát használt fel az ultra-kicsi hőcserélők következő generációjának előállításához, elérve akár 2000%-os teljesítménynövekedést.

Az innovatív geometriai formák megtervezése érdekében a mérnökök kifejlesztettek egy háromdimenziós hőcserélő tervező szoftvert, amely optimalizálja a topológiát. Ezt a szoftvert kifejezetten a meglévő hőcserélő -konstrukciók optimalizálására tervezték, hogy maximalizálják a hőátadást, miközben minimalizálják a tömeget, ami jelentős hatással lehet az olyan iparágakra, mint az energia, az elektronika és a repülőgépipar.

William King, a gépészettudomány és a mérnöki professzor elmondta:&"; Alak-optimalizáló szoftvert fejlesztettünk ki nagy teljesítményű hőcserélők tervezésére. A szoftver lehetővé teszi számunkra, hogy azonosítsunk olyan 3D -s mintákat, amelyek jelentősen eltérnek a hagyományos tervektől és jobbak."

△ Az optimalizált 3D nyomtatott hőcserélő megjelenítése, a kép az Illinois -i Egyetemről származik

A hőcserélő optimális kialakításának szükségessége

A hőcserélőt elsősorban hőenergia átvitelére használják az A pontból a B pontba. Nagyon fontosak sok iparágban, és szinte minden komplex rendszerben, amelyek hőhasznosító hőcserélőket termelnek. Beleértve az áramtermelő rendszereket, a szállítást, az olaj- és gázfeldolgozást, a víz sótalanítását és a fogyasztói elektronika hőkezelését.

Jelenleg világszerte milliónyi hőcserélőt használnak, teljesítményük és hatékonyságuk nagyon fontos a szén -dioxid -kibocsátás csökkentésében. Az embereknek nagy felületű hőcserélőkre van szükségük a hatékony hőelvezetés elősegítése érdekében, ugyanakkor kompaktak és könnyűek. Egyes iparágakban, például az űrhajózásban, az alkatrészek mérete és minősége közvetlen hatással van a rendszer teljesítményére, hatókörére és költségére.

Az elmúlt évtizedekben a hőcserélő kialakítása nem sokat változott. Főleg a hagyományos gyártási technológia korlátozza, nem képes összetett szerkezetek gyártására, például a belső csatornák hőáramlásra való optimalizálására. A fém 3D nyomtatási technológia fejlődésével azonban könnyen előállíthatók a korábban lehetetlennek tartott 3D hőcserélők. Csak egy speciális szoftvereszközre van szükség új és hatékonyabb eszközök tervezéséhez.

Optimalizált cső-cső hőcserélő

A fejlesztőcsapat háromdimenziós tervezőszoftver segítségével kifejlesztett egy speciális típusú hőcserélőt, az úgynevezett cső-csőben hőcserélőt, amelyet gyakran használnak ivóvízrendszerekben és épületenergetikai rendszerekben. A cső-csőben hőcserélő jellemzője, hogy a belső cső a külső csőbe van beágyazva. A tervezés során a cső belsejébe integrált uszonyokat is beállítottak, ami olyan belső tervezési jellemző, amely csak 3D nyomtatási technológiával érhető el.

A tervezés befejezése után a mérnökök AlSi10Mg -vel kinyomtatták a hőcserélőt, és laboratóriumi környezetben elvégezték a teljesítményteszteket. A 3D nyomtatott hőcserélő teljesítménysűrűsége 26,6 watt/köbcentiméter, a fajlagos teljesítmény pedig 15,7 kW/kg, ami körülbelül 20 -szor nagyobb, mint a hasonló kereskedelmi hőcserélőké.

Nenad Miljkovic, a Gépészettudományi és Mérnöki Tanszék docense elmondta:&"; Terveztünk, gyártottunk és teszteltünk egy optimalizált cső-cső hőcserélőt. Az optimalizált hőcserélő térfogati teljesítménysűrűsége megközelítőleg magasabb, mint a jelenlegi legmodernebb kereskedelmi cső-csőben berendezéseké. 20 -szor&";

▲ A hőcserélő belső szerkezete és környező rendszere, a kép az Illinois -i Egyetemről származik

Ezt a kutatást a&"Ultra-power-density hőcserélő fejlesztés a genetikai algoritmusok tervezése és az additív gyártás &" című cikkben tették közzé. Társszerzői Hyunkyu Moon, Davis McGregor, Nenad Miljkovic és William King.