Исследователи проектируют экстремальный теплообменник с помощью 3D-печати на металле

Используемые в большинстве основных отраслей промышленности, включая энергетику, водоснабжение, производство, транспорт, строительство, электронную, химическую, нефтехимическую, сельскохозяйственную и аэрокосмическую промышленность, теплообменники передают тепловую энергию от одной среды к другой.

Компьютерная томография (КТ) Рентгеновское изображение теплообменника «труба в трубе». Цвет указывает, находится ли горячая жидкость (красный) во внешней трубке или холодная жидкость (синий) во внутренней трубке. Предоставлено: Хюнкью Мун, Дэвис МакГрегор, Ненад Милькович и Уильям П. Кинг, Иллинойский университет в Урбане-Шампейн.

На протяжении десятилетий конструкции теплообменников оставались относительно неизменными. Последние достижения в области 3D-печати позволяют изготавливать трехмерные конструкции теплообменников, которые ранее считались невозможными. Эти новые и инновационные конструкции работают значительно эффективнее и действеннее, но для производства высокопроизводительных устройств требуются специальные программные инструменты и методы проектирования.

Осознавая необходимость открытия новых высокопроизводительных теплообменников, исследователи из инженерного колледжа Грейнджер разработали программные инструменты, которые позволяют создавать новые трехмерные конструкции теплообменников.

«Мы разработали программное обеспечение для оптимизации формы, чтобы спроектировать высокоэффективный теплообменник», — сказал Уильям Кинг, профессор механики и инженерии инженерного колледжа Грейнджер и руководитель совместного обучения. «Программное обеспечение позволяет нам идентифицировать 3D-проекты, которые значительно отличаются и лучше обычных».

Команда начала с изучения типа теплообменника, известного как теплообменник «труба в трубе», когда одна труба вставлена ​​внутри другой трубы. Теплообменники типа «труба в трубе» обычно используются в системах питьевого водоснабжения и энергоснабжения зданий. Используя комбинацию программного обеспечения для оптимизации формы и аддитивного производства, исследователи разработали внутренние ребра труб (что стало возможным только с помощью 3D-печати металлом).

«Мы спроектировали, изготовили и протестировали оптимизированный теплообменник« труба в трубе », — сказал Ненад Милькович, доцент кафедры механики и инженерии и руководитель совместного исследования. «Наш оптимизированный теплообменник имеет примерно в 20 раз большую объемную удельную мощность, чем современные современные коммерческие устройства« труба в трубе »».

В связи с тем, что сегодня во всем мире используются миллиарды теплообменников, и еще больше внимания уделяется нашей потребности в сокращении потребления ископаемого топлива, спрос на компактные и эффективные теплообменники растет, особенно в отраслях, где размер и масса теплообменника существенно влияют на производительность, диапазон и стоимость.