hadicanim
Aktif Üye
AI-Optimize edilmiş 3D baskı tasarımı yoluyla daha verimli ısı eşanjörü
3D yazıcıdan yeni bir tasarım, klima sistemleri veya buzdolapları gibi soğutma sistemlerinin önemli bir bölümünü daha küçük ve daha verimli hale getirebilir. Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign'daki bir araştırmacı ekibi, veri merkezlerinde, gemilerde, fabrikalarda veya ofislerde ısıyı daha iyi elde edebilecek bir ısı eşanjörü yarattı. Amaç, cihazın bir tarafından diğer tarafa mümkün olduğunca fazla ısı yönlendirmektir. Çoğu ısı eşanjörü, geçmişte en kolay ve en ucuz olan birkaç standart tasarımdan birini kullanır.
Yeni ısı eşanjörleri için esnek 3D baskı
Üniversitede profesör ve sistem üzerine yeni bir çalışmanın yazarlarından biri olan William King, “Isı eşanjörleri endüstriyel ekonomimizin kalbidir. Her makinenin ve enerjiyi hareket ettiren her sistemin ayrılmaz bir parçasıdır.” Mevcut tasarımlar hala düz çizgiler, dik açılar ve yuvarlak borularla çalışma eğilimindeydi.
Ancak Kral ve meslektaşları artık farklı bir şekilde gidiyorlar. Isı hareketini optimize etmek için özellikler içeren bir ısı eşanjörü tasarlamak için daha esnek 3D baskıyı kullanırlar. Örneğin, geleneksel üretim süreçleriyle mümkün olmayacak dalgalı duvarlara ve piramit şekilli araştırmalara güvenirler.
Soğuk nasıl taşınır
Ekip, genellikle klima sistemlerinde ve buzdolaplarında kullanılan ortak soğutucu R-134A'ya dayalı bir sistem geliştirmeyi planlamıştı. Soğuk su soğutucunun sıcaklığını düşürdüğünde, cihazdan bir gazdan bir sıvıya doğru yol alır. Sıvı soğutucu daha sonra soğutma sisteminin diğer kısımlarına yönlendirilebilir, burada bir odanın veya tek bir sunucu rafının sıcaklığını azaltmak için kullanılır.
Soğutucunun kendisini soğutmanın en iyi yolu, ısı eşanjörünün iki alanı arasında çok ince duvarlar inşa etmek ve soğuk suyun ve soğutma sıvısının bu duvarlarla temasını en üst düzeye çıkarmaktır. Günlük yaşamdan bilirsiniz: İnce pantolon ve tişörtlü buzdaysanız, eldivenli bir elle dokunduğunuzdan çok daha soğuktur.
Daha iyi ısı eşanjörleri için 36.000 simülasyon
Mümkün olan en iyi ısı eşanjörünü tasarlamak için araştırmacılar simülasyonlar kullandılar ve farklı tasarımların performansını farklı koşullar altında tahmin etmek için kendi makine öğrenme modellerini geliştirdiler. 36.000 simülasyondan sonra, araştırmacılar geliştirmek istedikleri modeli seçtiler.
En önemli bileşenler, cihazın yan tarafında suya dokunan ve ısı transferini en üst düzeye çıkarmak için yüzeyi büyüten küçük kaburgaları içerir. Ekip ayrıca suyun akabileceği dalga şeklinde pasajlar tasarladı – bu da yüzeyi en üst düzeye çıkarmaya katkıda bulunuyor. Simülasyonlar, araştırmacıların pasajların tam olarak nasıl olması gerektiğini ve çıtaların tam olarak nereye yerleştirilmesi gerektiğini bulmalarına yardımcı oldu.
Prensip: Soğutma yüzeyini en üst düzeye çıkar
Soğutucu akışın aktığı cihazların yanında, tasarım duvarlar boyunca küçük piramit şekilli anketler içerir. Bunlar sadece soğutma yüzeyini en üst düzeye çıkarmakla kalmaz, aynı zamanda akarken soğutucunun karıştırılmasına ve sıvının duvarı örtmesini önlemeye de katkıda bulunur (bu da ısı transferini yavaşlatır). Araştırma grubu bir tasarım üzerinde anlaştıktan sonra, doğrudan metal lazer iç alanından bir metal tozun (bu durumda alüminyum alaşımlı bir alaşım) ısı ve birleştirilmiş tabakadan bir 3D baskı tekniği kullandılar.
Testlerde araştırmacılar, bu teknoloji ile üretilen ısı eşanjörünün soğutucu akışı diğer yapılardan daha verimli bir şekilde soğutabileceğini buldular. Yeni cihaz, metreküp başına altı megawatt'tan fazla güç yoğunluğu elde edebildi ve böylece aynı pompalama performansı ile geleneksel bir tasarımı, boru demeti konfigürasyonunu yüzde 30 ila 50 oranında aştı. Cihazın güç yoğunluğu, sektörde yaygın olan başka bir tasarım olan lehimlenmiş plaka ısı eşanjörlerininkiyle karşılaştırılabilirdi.
Yeni prodüksiyon neden sadece şimdiye kadar nişlere hizmet edebilir?
Genel olarak, bu cihaz en son teknolojiyi önemli ölçüde aşmıyor, ancak Optimize Termal Systems'ta araştırma ve geliştirme direktörü Dennis Nasuta, yeni ısı eşanjörü tasarımlarının üretimi için modelleme ve 3D baskı teknolojisi umut verici. Tasarım endüstrisindeki şirketlere tavsiyelerde bulunuyor. “Bu alanı araştırmaya değer. Ne kadar ileri sürebileceğimizi zaten bildiğimizi sanmıyorum” diyor.
Bir zorluk, lazer içi gibi katkı üretim tekniklerinin geleneksel üretime kıyasla hala yavaş ve pahalı olmasıdır. Nasuta, bunları tüm soğutma cihazlarımız için kullanırsak ne ekonomik ne de pratik olursunuz. Şu anda, bu tür bir yaklaşım esas olarak havacılık ve üst düzey otomotiv endüstrisi gibi niş uygulamalarda faydalı olabilir ve bu da maliyetleri omuzlandırabilir.
Uygulama Alanları: Gemiler ve Bina Soğutma
Mevcut çalışma ABD Deniz Araştırmaları Ofisi tarafından finanse edildi. Yeni nesil gemilerin gemide her zamankinden daha fazla elektronik var. Çalışmanın ortak yazarlarından Nenad Miljkovic, ek sıcaklıkla başa çıkmak için kompakt ve verimli sistemlere artan bir ihtiyaç olduğunu söylüyor. Sadece binaların soğutulması için enerji gereksinimi 2050'ye kadar iki katına çıkacak ve yeni yapılar önümüzdeki on yıllara olan büyük ihtiyacı verimli bir şekilde karşılamaya yardımcı olabilir. Bununla birlikte, King ve ekibi gibi yeniliklerin gerçek cihazlarda hüküm sürebilmesi için üretim maliyetleri gibi zorlukların üstesinden gelinmesi gerekecektir.
Nasuta'ya göre, bu yeni prosedürlerin tanıtımının bir başka önündeki bir başka engel, mevcut standartların, örneğin ABD'de daha yüksek verimlilik gerektirmemesidir. Cihazları daha verimli hale getirmeye yardımcı olabilecek başka teknolojiler zaten var, ancak bu nedenle kullanılmıyorlar. Natsua, 3D baskı da dahil olmak üzere yeni üretim tekniklerinin cihazlara akması biraz zaman alacak: “Bu gelecek yıl klimada olmayacak.”
Bu yazı ilk olarak t3n.de.
(VZA)