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避免焊接,更薄,看3D打印平行流換熱器歧管的優(yōu)勢幾何?

魔猴君  行業(yè)資訊   1924天前

人氣 1313

熱交換器正在發(fā)生變革,下一代換熱器與散熱器正在來臨。熱交換器被用于許多系統(tǒng)中,從汽車到空調(diào)單元到先進(jìn)熱處理系統(tǒng)中的能量回收裝置。本期,魔猴網(wǎng)特別分享美國能源技術(shù)研究所通過3D打印平行流換熱器應(yīng)用方面的進(jìn)展。

更隨形免焊接

通常,熱交換器的設(shè)計(jì)必須考慮各種因素。例如,結(jié)垢可能導(dǎo)致壓降增加和傳熱速率降低,這會對熱交換器效率產(chǎn)生不利影響。此外,熱交換器可能受到高速流體(氣體或液體)流動的影響,顆粒負(fù)載會提高系統(tǒng)某些區(qū)域的磨損率。當(dāng)熱交換器在升高的溫度下操作時(shí),侵蝕問題會加劇。類似地,通過熱交換器的流體可能含有酸或其他腐蝕性物質(zhì),甚至在升高的溫度下甚至?xí)篃峤粨Q器的內(nèi)部降解腐蝕掉。

對于平行流熱交換器,流體可以彼此平行或反平行地流動(即,并流逆流),這減少了熱交換器內(nèi)流體停滯的可能性。并且利用平行流,熱交換器可以在一個(gè)維度上膨脹(即,增加長度同時(shí)保持寬度相同)以增加傳熱面積,從而最小化對壓力和速度的影響。

當(dāng)然歧管還可以包括多個(gè)通道,舉例來說第四個(gè)方向不同于另外三個(gè)方向,通過這種方式,歧管能夠使來自三個(gè)不同流體源的流體在熱交換器內(nèi)平行流動。

熱交換器的歧管透視圖。來源:US 10401096B2

為了進(jìn)一步最小化停滯的可能性并保持高流速,流體進(jìn)入歧管的方式可包括一組擴(kuò)散器以適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)流動。3D打印用于制造熱交換器中的歧管,不需要專業(yè)焊接或其他復(fù)雜的制造方式,并可以應(yīng)用不同的曲率半徑,

而在操作溫度和耐腐蝕性方面,可以選擇253MA不銹鋼或Incolnel鎳基合金等金屬材料,熱交換器可在高溫、高腐蝕性環(huán)境中連續(xù)運(yùn)行。此外,為了控制熱膨脹問題,表面必須是薄壁的,3D打印為薄壁結(jié)構(gòu)的制造提供了可行性。

總體來說,美國能源技術(shù)研究所通過3D打印平行流熱交換器的歧管,可接收多個(gè)熱流體源和單個(gè)相對冷的流體源,使得熱量從熱流體傳遞到相對冷的流體。3D打印避免了焊接的需求,并且使得歧管實(shí)現(xiàn)薄壁結(jié)構(gòu)。

Review

面向下一代的熱交換器制造,不少公司已經(jīng)進(jìn)行了戰(zhàn)略性的布局,其中2019GE宣布與馬里蘭大學(xué)和橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室合作研發(fā)UPHEAT超高性能換熱器,在兩年半內(nèi)完成開發(fā)計(jì)劃,實(shí)現(xiàn)更高效的能量轉(zhuǎn)換和更低的排放。GE希望新型換熱器將在超過900°C的溫度和高于250 bar的壓力下運(yùn)行,超臨界CO2動力循環(huán)的熱效率提高4%,在提高動力輸出的同時(shí)減少排放。

3D打印的熱交換器。來源:TEMISTh

而另外一個(gè)項(xiàng)目,AddUp,SogeclairTEMISTh合作的HEWAM項(xiàng)目,開發(fā)的Inconel 718材料熱交換器,確保薄壁(<0.5mm)無泄漏和薄翅片(0.15mm)。

3D打印熱交換器的優(yōu)勢。

換熱器與散熱器對設(shè)備可以長效穩(wěn)定運(yùn)行起到了關(guān)鍵的作用,3D打印用于換熱器和散熱器的制造滿足了產(chǎn)品趨向緊湊型、高效性、模塊化、多材料的發(fā)展趨勢。特別是用于異形、結(jié)構(gòu)一體化、薄壁、薄型翅片、微通道、十分復(fù)雜的形狀、點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)等加工,3D打印具有傳統(tǒng)制造技術(shù)不具備的優(yōu)勢。


來源:3D科學(xué)谷

   
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