27% по-висока ефективност: представен е нов оптимизиран топлообменник

Високотемпературните топлообменници са основен компонент на охладителните системи. Те се използват в космическата индустрия, производството на електроенергия и много други промишлени процеси. Чрез комбиниране на математически метод за оптимизиране на топологията с адитивен печат екип от инженери от САЩ е създал усъвършенстван топлообменник, който превъзхожда конвенционалните конструкции по отношение на преноса на топлина, плътността на мощността и ефективността.

„Традиционно топлообменниците пропускат горещи и студени течности през прави тръби, главно защото правите тръби са лесни за производство“, казва Циан Сяопин от Университета на Уисконсин. – Но правите тръби не са непременно по-добри за преноса на топлината между горещите и студените течности“.

За да създадат конструкция със сложна геометрия, той и колегите му се обръщат към адитивните технологии и успяват да разработят канали във вътрешността на топлообменника за студени и горещи флуиди, които максимално увеличават преноса на топлина.

Успехът на конструкцията е резултат от предишни изследвания за оптимизиране на топологията на топлообменници с две течности, съобщават изследователите. Проектираната структура е отпечатана от метал чрез селективно лазерно топене. Отвън оптимизираният топлообменник изглежда по същия начин като конвенционален топлообменник с прави канали, но отвътре те са изключително различни. Новият се състои от преплетени горещи и студени канали със сложна геометрия и повърхности.

Термохидравличното тестване на новия и конвенционалния топлообменник демонстрира съществената разлика в експлоатационните характеристики. Оптимизираният дизайн е не само по-ефективен при преноса на топлина, но и постига 27% по-висока плътност на мощността. Този втори показател позволява на топлообменниците да бъдат по-леки и по-компактни – полезно качество за космическата индустрия.

„Оптимизирането на дизайна на компютър е едно, но реалното производство и тестване е съвсем друго“, казва Циан. – Удивителното е, че нашият метод за оптимизация проработи. Всъщност успяхме да изготвим дизайна на нашия топлообменник. И чрез експериментални тестове успяхме да демонстрираме повишаването на ефективността на оптимизирания ни дизайн.