Des chercheurs conçoivent un échangeur de chaleur extrême en utilisant l’impression 3D métallique

Des chercheurs de l'Université de l'Illinois conçoivent un échangeur de chaleur extrême en utilisant l'impression 3D métallique

Image aux rayons X de tomographie par ordinateur (CT) de l’échangeur de chaleur tube dans tube. La couleur indique si le fluide chaud (rouge) dans le tube extérieur ou le fluide froid (bleu) dans le tube intérieur. Crédit : Hyunkyu Moon, Davis McGregor, Nenad Miljkovic et William P. King, Université de l’Illinois Urbana-Champaign

Faisant la démonstration d’une technologie énergétique de nouvelle génération, des chercheurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign utilisent l’optimisation de la topologie et l’impression 3D métallique pour concevoir des échangeurs de chaleur ultra-compacts et haute puissance.

Utilisés dans la plupart des grandes industries, notamment 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.

Pendant des décennies, les conceptions des échangeurs de chaleur sont restées relativement inchangées. Les récents progrès de l’impression 3D permettent la production de conceptions d’échangeurs en trois dimensions que l’on croyait auparavant impossibles. Ces conceptions nouvelles et innovantes fonctionnent de manière beaucoup plus efficace et efficiente, mais nécessitent des outils logiciels et des méthodes de conception spécifiques pour fabriquer les dispositifs hautes performances.

Reconnaissant la nécessité de débloquer de nouveaux échangeurs de chaleur hautes performances, les chercheurs du Grainger College of Engineering 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 sciences et d’ingénierie mécaniques au Grainger College of Engineering et co-responsable de l’étude. « Le logiciel nous permet d’identifier des conceptions 3D qui sont significativement différentes et meilleures que les conceptions conventionnelles. »

L’équipe a commencé par étudier un type d’échangeur connu sous le nom d’échangeur de chaleur tube dans tube, où un tube est emboîté dans un autre tube. Les échangeurs de chaleur tube dans tube sont couramment utilisés dans les systèmes d’eau potable et d’énergie des bâtiments. En utilisant une combinaison du logiciel d’optimisation de forme et de la fabrication additive, les chercheurs ont conçu des ailettes (uniquement rendues possibles grâce à l’impression 3D métal) internes aux tubes.

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

Avec des milliards d’échangeurs de chaleur en service dans le monde aujourd’hui et une attention encore plus grande accordée à notre besoin de réduire la consommation de combustibles fossiles, les échangeurs de chaleur compacts et efficaces sont de plus en plus demandés, en particulier dans les industries où la taille et la masse des échangeurs de chaleur ont un impact significatif sur les performances, la portée et les coûts.

L’article « Ultra-power-dense heat exchanger development through Genetic algorithm design and additive manufacturing », écrit par Hyunkyu Moon, Davis McGregor, Nenad Miljkovic et William P. King, est publié dans la revue Joule.


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

Informations sur la revue :
Joule

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

Citation: Des chercheurs conçoivent un échangeur de chaleur extrême en utilisant l’impression 3D métallique (2021, 9 septembre) récupéré le 9 septembre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-09-extreme-exchanger-metal-3d.html

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