Используются в большинстве основных отраслей, включая энергетику, водоснабжение, производство, транспорт, строительство, электронную, химическую, нефтехимическую, сельскохозяйственную и аэрокосмическую промышленность – теплообменники передают тепловую энергию от одной среды к другой.
На протяжении десятилетий конструкции теплообменников оставались относительно неизменными. Последние достижения в области 3D-печати позволяют изготавливать трехмерные конструкции теплообменников, ранее считавшиеся 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 Грейнджера и руководитель совместного обучения. "Программное обеспечение позволяет нам идентифицировать 3D-проекты, которые значительно отличаются и лучше обычных дизайнов."
Команда начала с изучения типа теплообменника, известного как теплообменник «труба в трубе», когда одна труба вставляется 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 плотность мощности, 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.
Исследование спонсируется Центром инженерных исследований Национального научного фонда по оптимизации мощности электротермических систем (POETS) и Международным институтом углеродно-нейтральных энергетических исследований (WPI-I2CNER).