Des chercheurs conçoivent des échangeurs de chaleur extrêmes en utilisant l’impression 3D métallique


Des chercheurs de l'Université de l'Illinois développent des échangeurs de chaleur extrêmes à l'aide de l'impression 3D métallique

Image aux rayons X par tomodensitométrie (TDM) de l’ de tube-dans-tube. La couleur indique si du liquide chaud (rouge) dans le tube extérieur ou du liquide froid (bleu) dans le tube intérieur. Crédit photo : Hyunkyu Moon, Davis McGregor, Nenad Miljkovic et William P. King, Université de l’Illinois Urbana-Champaign

Les chercheurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign font la démonstration de la technologie énergétique de nouvelle génération et utilisent l’optimisation de la topologie et l’impression 3D métallique pour créer des échangeurs de chaleur ultra-compacts et hautes performances.

Utilisés dans la plupart des grandes industries – y compris l’énergie, l’eau, la fabrication, les transports, la construction, l’électronique, la chimie, la pétrochimie, l’agriculture et l’aérospatiale – les échangeurs de chaleur transfèrent l’énergie thermique d’un milieu à un autre.

Les conceptions des échangeurs de chaleur sont restées relativement inchangées pendant des décennies. Les progrès récents de l’impression 3D permettent la création de conceptions d’échangeurs de chaleur en trois dimensions qui étaient auparavant considérées comme impossibles. Ces conceptions nouvelles et innovantes fonctionnent de manière beaucoup plus efficace et efficiente, mais nécessitent des outils logiciels et des méthodes de conception spéciaux pour fabriquer les appareils hautes performances.

Les chercheurs du Grainger College of Engineering ont reconnu la nécessité de débloquer de nouveaux échangeurs de chaleur haute performance et ont développé des outils logiciels qui permettent de nouvelles conceptions d’échangeurs de chaleur 3D.

« Nous avons développé un logiciel d’optimisation de forme pour concevoir un échangeur de chaleur haute performance », a déclaré William King, professeur de génie mécanique et mécanique au Grainger College of Engineering et responsable de la co-étude. « Le logiciel nous permet d’identifier les conceptions 3D qui sont significativement différentes des conceptions conventionnelles et qui sont meilleures. »

L’équipe a commencé par étudier un type d’échangeur de chaleur appelé échangeur de chaleur tube dans tube, dans lequel un tube est noyé dans un autre tube. Les échangeurs de chaleur tube dans tube sont souvent utilisés dans les systèmes d’eau potable et d’énergie des bâtiments. En une combinaison de logiciels d’optimisation de forme et de fabrication additive, les chercheurs ont conçu des nervures (uniquement possible avec l’impression 3D métallique) à l’intérieur des tubes.

« Nous avons conçu, fabriqué et testé un échangeur de chaleur tube dans tube optimisé », a déclaré Nenad Miljkovic, professeur agrégé de génie mécanique et d’ingénierie et responsable de la co-étude. « Notre échangeur de chaleur optimisé a une densité de puissance volumétrique environ 20 fois supérieure à celle d’un appareil commercial moderne à tube dans le tube. »

Avec des milliards d’échangeurs de chaleur en service dans le monde aujourd’hui et une attention encore plus grande accordée à la nécessité de réduire la consommation de combustibles fossiles, il existe une demande croissante d’échangeurs de chaleur compacts et efficaces, en particulier dans les industries où la taille et la masse de l’échangeur de chaleur sont performantes. , Affecte considérablement la portée et les coûts.

L’article « Ultra-Power-Dense Heat Exchanger Development through Genetic Algorithm Design and Additive Manufacturing » de Hyunkyu Moon, Davis McGregor, Nenad Miljkovic et William P. King est publié dans la Joules.


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Plus d’information:
Hyunkyu Moon et al, Développement d’échangeurs de chaleur ultra-performants via la conception d’algorithmes génétiques et la fabrication additive, Joules (2021). DOI : 10.1016 / j.joule.2021.08.004

Informations sur la revue :
Joules

Fourni par l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign

Citation: Des chercheurs conçoivent des échangeurs de chaleur extrêmes avec impression 3D en métal (2021, 9 septembre), consulté le 10 septembre 2021 à partir de https://techxplore.com/news/2021-09-extreme-exchanger-metal-3d.html

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