چاپ سه بعدی طراحی مبدل حرارتی را بهینه می کند و عملکرد آن 20 برابر افزایش می یابد

در 22 سپتامبر 2021 ، دانشگاه ایلینوی از فناوری چاپ سه بعدی برای تولید نسل بعدی مبدل های حرارتی بسیار کوچک استفاده کرد و عملکرد را تا 2000 درصد بهبود بخشید.

به منظور طراحی اشکال هندسی نوآورانه ، مهندسان یک نرم افزار طراحی مبدل حرارتی سه بعدی با بهینه سازی توپولوژی ایجاد کرده اند. این نرم افزار به طور خاص برای بهینه سازی طرح های مبدل حرارتی موجود برای به حداکثر رساندن انتقال حرارت و به حداقل رساندن وزن بخشی طراحی شده است ، که می تواند تأثیر قابل توجهی در صنایع مانند انرژی ، الکترونیک و هوافضا داشته باشد.

ویلیام کینگ ، استاد علوم و مهندسی مکانیک ، گفت:"؛ ما نرم افزار بهینه سازی شکل را برای طراحی مبدل های حرارتی با عملکرد بالا توسعه داده ایم. این نرم افزار به ما امکان می دهد طرح های سه بعدی را که تفاوت قابل توجهی با طرح های سنتی دارند و بهتر هستند ، شناسایی کنیم."؛

△ ارائه مبدل حرارتی چاپ سه بعدی بهینه ، تصویر از دانشگاه ایلینوی آمده است

ضرورت طراحی بهینه مبدل حرارتی

مبدل حرارتی عمدتا برای انتقال انرژی گرمایی از نقطه A به نقطه B استفاده می شود. آنها در بسیاری از صنایع بسیار مهم هستند و تقریباً در تمام سیستم های پیچیده ای که حرارت تولید می کنند از مبدل های حرارتی استفاده می شود. شامل سیستم های تولید برق ، حمل و نقل ، پردازش نفت و گاز ، آب شیرین کن و مدیریت حرارتی لوازم الکترونیکی مصرفی.

در حال حاضر ، میلیون ها مبدل حرارتی در سراسر جهان مورد استفاده قرار می گیرند و عملکرد و کارایی آنها برای کاهش انتشار کربن بسیار مهم است. مردم برای ترویج اتلاف حرارت م needثر ، در عین این که جمع و جور و سبک هستند ، به مبدل های حرارتی سطح بالا نیاز دارند. در برخی از صنایع مانند هوافضا ، اندازه و کیفیت قطعات بر عملکرد ، محدوده و هزینه سیستم تأثیر مستقیم دارد.

در چند دهه گذشته ، طراحی مبدل حرارتی تغییر چندانی نکرده است. عمدتا محدود به فن آوری تولید سنتی ، قادر به ساخت سازه های پیچیده ، مانند بهینه سازی کانال های داخلی برای جریان گرما نیست. با این حال ، با توسعه فناوری چاپ سه بعدی فلزی ، طرح های مبدل حرارتی سه بعدی که قبلاً غیرممکن تلقی می شد ، به راحتی قابل تولید است. تنها چیزی که نیاز است یک ابزار نرم افزاری تخصصی برای طراحی دستگاه های جدید و م effectiveثرتر است.

مبدل حرارتی لوله به لوله بهینه شده

تیم توسعه از نرم افزار طراحی سه بعدی برای توسعه نوع خاصی از مبدل های حرارتی به نام مبدل لوله در لوله استفاده کرد که اغلب در سیستم های آب آشامیدنی و سیستم های انرژی ساختمان استفاده می شود. ویژگی مبدل لوله در لوله این است که لوله داخلی در لوله بیرونی تودرتو است. آنها همچنین هنگام طراحی ، مجموعه ای از باله های یکپارچه را در داخل لوله نصب کردند ، که یک ویژگی طراحی داخلی است که تنها با فناوری چاپ سه بعدی قابل دستیابی است.

پس از نهایی شدن طراحی ، مهندسان مبدل حرارتی را با AlSi10Mg چاپ کردند و آزمایشات عملکردی را در محیط آزمایشگاهی انجام دادند. چگالی توان مبدل حرارتی چاپ شده سه بعدی 26.6 وات/سانتی متر مکعب و توان ویژه آن 15.7 کیلو وات بر کیلوگرم است که حدود 20 برابر بیشتر از مبدل های تجاری تجاری مشابه است.

نناد میلککوویچ ، دانشیار گروه علوم و مهندسی مکانیک ، گفت:"؛ ما یک مبدل حرارتی لوله به لوله بهینه را طراحی ، تولید و آزمایش کرده ایم. چگالی توان حجمی مبدل حرارتی بهینه تقریباً بیشتر از تجهیزات مدرن لوله تجاری در لوله های تجاری است. 20 بار" ؛.

structure ساختار داخلی و سیستم اطراف مبدل حرارتی ، تصویر از دانشگاه ایلینوی آمده است

این تحقیق در مقاله"؛ توسعه مبدل حرارتی فوق العاده قدرتمند از طریق طراحی الگوریتم ژنتیک و تولید افزودنی [GG) منتشر شده است. نویسندگی مشترک آن توسط هیونکیو مون ، دیویس مک گرگور ، نناد میلککوویچ و ویلیام کینگ انجام شده است.