طراحی نوین مبدل حرارتی با هندسه پیچ‌ خورده و چاپ سه‌ بعدی فلزی

در تازه‌ ترین دستاورد علمی، جمعی از دانشمندان دانشگاه ویسکانسین–مدیسون موفق به طراحی و ساخت نسل جدیدی از مبدل‌ حرارتی صفحه ای پیچ‌خورده با هندسه‌ ای مبتنی بر بهینه‌سازی توپوژیکی شده‌اند.

این مبدل‌ ها با استفاده از چاپ سه‌ بعدی فلزی (Laser Powder Bed Fusion) تولید شده و نسبت به طراحی‌ های سنتی که از کانال‌ های مستقیم استفاده می‌کردند، راندمان و تراکم توان بالاتری دارند.

این دستاورد در واقع نقطه‌ عطفی است در ادغام علم طراحی محاسباتی با فناوری ساخت افزایشی (Additive Manufacturing) و راه را برای توسعه مبدل‌ حرارتی سبک، فشرده، و فوق‌ کارآمد در صنایع مختلف هموار می‌سازد.

فرآیند اصلی چاپ شامل انباشت پودر فلزی با لیزر نقطه‌ ای است که امکان تولید ساختار های درونی پیچ‌ خورده با سطح تماس بالاتر را فراهم می‌ سازد.

در مرحله طراحی، از الگوریتم‌ های مبتنی بر Topology Optimization استفاده شده تا مسیر جریان‌های گرم و سرد به گونه‌ ای تعریف شوند که هم افت فشار کمتر و هم بازده انتقال حرارت بالاتر محقق گردد.

ویژگی برجسته:

هندسه‌ های پیچ‌خورده و سه‌ بعدی باعث افزایش بخش مؤثر تماس بین سیال و سطح فلزی شده‌ و بهبود انتقال حرارت تا ۲۷٪ نسبت به نمونه‌های مستقیم را نشان داده‌ اند.

• Xiaoping Qian: استاد طراحی مکانیکی، مغز متفکر الگوریتم بهینه‌ سازی توپوژیکی.
• Dan Thoma: استاد علم مواد، مسئول چاپ سه‌ بعدی فلزی با روش Laser Powder Bed Fusion.
• Mark Anderson: استاد مکانیک حرارت و مجری آزمایش‌ های ترموهیدرولیکی صحت عملکرد.

این فناوری در چندین حوزه کلیدی قابل اجراست:

• • هوا فضا و توربین‌ های گازی: به‌ علت نیاز به خنک‌ کاری سریع در فضا های فشرده و دمای بالا.
  • صنایع شیمیایی و غذایی: در فرآیند های کنترل حرارتی دقیق و کاهش مصرف انرژی.
  • نیروگاه‌ها و مبدل‌ های حرارتی صفحه‌ ای صنعتی: جایگزینی ساختار های فین‌دار سنتی با فرم‌های شبکه‌ ای چاپی برای صرفه‌ جویی انرژی.

این پروژه در قالب مقاله‌ ای در نشریه بین‌المللی International Journal of Heat and Mass Transfer منتشر شده است.

پژوهشگران با ترکیب محاسبات CFD و الگوریتم‌های ساخت‌ پذیری (Manufacturability Constraints) به هندسه‌ های ممکن در چاپ فلز دست یافته‌ اند؛ مسیری که قبلاً تنها در شبیه‌ سازی وجود داشت.

در حالی که فناوری‌ های نوین مانند طراحی ژیروئیدی در حال باز کردن افق‌ های جدیدی هستند، انتخاب و مهندسی صحیح مبدل حرارتی مناسب برای کاربرد شما، همچنان یک امر تخصصی و حیاتی است.

صنایع تیوان مبدل ویرا با تکیه بر دانش فنی روز و سال‌ ها تجربه در زمینه طراحی، تولید و بهینه‌ سازی انواع سیستم‌ های انتقال حرارت، آماده ارائه مشاوره و راهکار های جامع به صنایع کشور است.

ما درک می‌کنیم که هر فرآیندی نیازمندی‌ های حرارتی منحصر به‌ فرد خود را دارد. تیم مهندسی ما در تیوان مبدل ویرا متخصص در تحلیل نیازهای شما و ارائه بهترین راه‌ حل از میان طیف گسترده‌ای از محصولات، از جمله:

• مبدل‌ های حرارتی صفحه‌ ای واشردار و جوشی
• مبدل‌ های حرارتی شل و تیوب (پوسته و لوله)
• انواع خنک‌کن روغن (Oil Coolers)
• کندانسورها و اواپراتورهای صنعتی

ما به شما کمک می‌کنیم تا با بهینه‌ سازی سیستم‌ های حرارتی خود، به حداکثر راندمان و کمترین هزینه عملیاتی دست یابید.

برای دریافت مشاوره تخصصی و استعلام فنی، با کارشناسان ما در تماس باشید:

• شماره تماس: 02191016064
• وب‌سایت: viraphe.com

تحقیق دانشگاه ویسکانسین–مدیسون نشان می‌ دهد آینده طراحی مبدل‌ های حرارتی در گرو ترکیب سه عامل است:

طراحی محاسباتی هوشمند، چاپ فلزی پیچیده، و همگرایی مهندسی مواد.

این رویکرد سبب می‌شود مبدل‌ های حرارتی سبک‌ تر، مقرون‌ به‌ صرفه‌ تر و با راندمان انتقال حرارت بسیار بالا تولید شوند و تحولی که نه‌ تنها در صنایع هوافضا بلکه در خطوط فرآیند غذایی و پتروشیمی نیز تأثیرگذار خواهد بود.