Теплообменник, напечатанный на 3D-принтере, «более эффективен», чем обычные конструкции

Прочитано: 298 раз(а)


По словам разработчиков, новый тип легкого теплообменника, напечатанного на 3D-принтере, с лабиринтной конструкцией более компактен и эффективен, чем его обычные аналоги.

Команда под руководством инженеров из Университета Глазго разработала систему, которая использует уникальные свойства микроразмерных поверхностей для создания высокопроизводительного теплообменника.

Теплообменники, устройства, передающие теплоту между жидкостями без их смешивания, имеют широкий спектр практического применения. Теплообменники, передающие тепловую энергию между жидкостями, используются в системах охлаждения, топливных элементах и ​​типах двигателей внутреннего сгорания, используемых в автомобилях и самолетах.

В новой статье, опубликованной в журнале Applied Thermal Engineering, исследователи описывают, как они разработали и построили прототип системы, который, по их оценкам, на 50% эффективнее традиционного теплообменника, занимающего лидирующие позиции на рынке, несмотря на то, что его размер составляет одну десятую его размера.

Система обязана своей эффективностью дизайну архитектурных поверхностей, по которым жидкости протекают через теплообменник. Теплообменник кубической формы всасывает воду через сердцевину, усеянную крошечными отверстиями, расположенными в виде гироида.

Гироиды являются частью группы сотовых конструкций, которые построены с использованием трехкратно периодических минимальных геометрий поверхности, имеющих несамопересекающиеся и высокосимметричные периодические поверхности.

Команда решила использовать повторяющуюся гироидную архитектуру для своего теплообменника, потому что эффективность теплообмена связана с площадью его поверхности — чем больше площадь поверхности, тем больше возможностей у жидкостей передавать свою тепловую энергию от одного к другому. Это означает, что объекты с большой площадью поверхности могут охлаждать или нагревать жидкости быстрее, чем объекты с более ограниченной площадью поверхности.

Их микромасштабная конструкция гироида, которую они изготовили из простого фотополимера с помощью сложного 3D-принтера, превращает большую площадь поверхности в компактный куб размером 32,2 мм с каждой стороны и весом всего восемь граммов.

Протягивая воду через этот плотный лабиринт, исследователи смогли продемонстрировать изменения температуры от 10 до 20ºC, когда вода текла через их теплообменник со скоростью от 100 до 270 миллиметров в минуту.

Команда измерила коэффициент теплопередачи своего нового теплообменника — меру его эффективности в передаче тепла между жидкостью и ее поверхностями — чтобы определить, как он работает по сравнению с серией обычных теплообменников разного размера, изготовленных из материалов, включая полимеры и металлы.

Они обнаружили, что эффективность их нового теплообменника была на 50% выше, чем у термодинамически эквивалентного, наиболее эффективного противоточного теплообменника, хотя их недавно разработанный прототип был всего на 10% меньше своего размера.

Исследованием руководил доктор Шанмугам Кумар из Инженерной школы Джеймса Ватта Университета Глазго вместе с коллегами из Университета Суонси и Университета науки и технологий Халифа в Абу-Даби.

Доктор Кумар сказал: «В течение нескольких лет мы работали над поиском новых применений для этого типа микроархитектурных решеток, напечатанных на 3D-принтере. будущих «умных» медицинских устройств, таких как протезы и корсеты.

«Эта последняя статья показывает, что мы можем использовать эту гироидную решетчатую архитектуру для создания материала с удивительно большим отношением площади поверхности к объему, который очень хорошо подходит для теплообмена.

«Возможность разрабатывать более компактные, легкие и более эффективные теплообменники может помочь нам разработать холодильные системы, которые требуют меньше энергии, например, или высокопроизводительные двигатели, которые можно охлаждать более эффективно. Мы стремимся развивать эту технологию в будущем. исследование.»

Статья команды под названием «Высокопроизводительный компактный теплообменник с микроархитектурой, созданный с помощью 3D-печати» опубликована в журнале Applied Thermal Engineering.

Теплообменник, напечатанный на 3D-принтере, «более эффективен», чем обычные конструкции



Новости партнеров