Problemi con la creazione di scambiatori di calore classici
Libertà limitata nel design
Casting, saldatura e brasatura sono alcuni dei modi fondamentali in cui vengono realizzati scambiatori di calore tradizionali. Queste tecniche hanno molti problemi a creare complicate forme geometriche, come ottenere architetture di canali complesse interne, larghezze di piccoli canali e caratteristiche di superficie uniche. Ad esempio, il modo in cui sono disposti i bundle del tubo e la forma dei canali di flusso all'interno dei tubi negli scambiatori di calore a guscio e tubo è limitato dalla tecnologia di elaborazione. Ciò rende difficile progettarli nel miglior modo in base alle caratteristiche di flusso del fluido, il che rende difficile migliorare ancora di più l'efficienza del trasferimento di calore.
Problemi con l'ottimizzazione delle strutture
Per far funzionare meglio lo scambiatore di calore, la sua struttura deve essere migliorata. Ad esempio, l'area di trasferimento del calore deve essere più grande e lo stato di flusso del fluido deve essere migliore. Ma fare scambiatori di calore con complicate strutture interne che utilizzano metodi tradizionali non è solo costoso, ma ci vuole anche molto tempo. Ad esempio, la struttura a pinna di uno scambiatore di calore a pinna può rendere più grande l'area di trasferimento del calore, ma è difficile gestire correttamente la forma e la spaziatura delle pinne con metodi di produzione tipici. Questo fa funzionare lo scambiatore di calore meno bene nel complesso.
Basso utilizzo dei materiali
Nella produzione tradizionale, durante il processo deve essere rimosso molto materiale, il che significa che il materiale non viene utilizzato molto bene. Questo non solo aumenta il costo della produzione, ma perde anche risorse. Ad esempio, un sacco di metallo viene sprecato mentre si fa grandi scambiatori di calore a causa del processo di taglio. Sbarazzarsi dei materiali di scarto pone anche un po 'di stress sull'ambiente.
I vantaggi dell'uso della stampa 3D in metallo per produrre scambiatori di calore che funzionano bene
Opzioni di design molto flessibili
Metal 3D Printing utilizza i modelli Computer - Aided Design (CAD) per creare scambiatori di calore praticamente con una forma complicata. I progettisti possono produrre scambiatori di calore con diverse strutture del canale di flusso interno a seconda di come si muovono i fluidi e dalla quantità di calore che deve essere scambiato. Ad esempio, gli scambiatori di calore con canali di flusso che sono a spirale, ondulati o ramificati possono essere fatti per rendere il processo di flusso del fluido più turbolento, che aumenterà il coefficiente di trasferimento di calore. Inoltre, si possono realizzare piccoli dossi o salti sulla superficie dello scambiatore di calore per rendere il flusso del fluido più irregolare e rendere ancora migliore la trasmissione di calore.
Ottimizzazione strutturale corretta
Utilizzando la tecnologia di stampa 3D in metallo, è possibile gestire con precisione l'interno dello scambiatore di calore per ottenere il miglior design per la costruzione. Ad esempio, la dimensione e la forma del canale di flusso possono essere modificate in base alla portata e alla distribuzione della temperatura del fluido. Ciò rende più uniforme la distribuzione del fluido nello scambiatore di calore e aumenta l'efficienza del trasferimento di calore. L'aggiunta di strutture come pinne ad ago e generatori di vortice a porzioni importanti dello scambiatore di calore può anche aiutare ad aumentare le prestazioni locali di trasferimento di calore. La stampa 3D in metallo può anche produrre scambiatori di calore interamente in un unico pezzo, il che significa meno parti che devono essere collegate, meno resistenza termica e migliore efficienza complessiva di scambio di calore.
Alto tasso di utilizzo dei materiali
La stampa 3D in metallo è un tipo di produzione additiva che rende le cose impilando i materiali uno sopra l'altro, il che rende pochissimi rifiuti. La stampa 3D in metallo può utilizzare materiali molto migliori e più bassi costi di produzione rispetto ai tradizionali metodi di produzione sottrattiva. Ad esempio, quando si effettuano piccoli scambiatori di calore, la stampa 3D in metallo può utilizzare oltre il 90% del materiale, mentre i metodi di produzione tradizionali utilizzano solo dal 50% al 70% del materiale.
Tecnologia e metodi importanti per produrre scambiatori di calore che funzionano bene
Scegliere i materiali giusti
La cosa più importante per fare scambiatori di calore che funzionano bene è scegliere il metallo giusto. L'acciaio inossidabile, la lega di alluminio, la lega di rame, la lega di titanio e altri metalli sono spesso usati per realizzare stampe 3D. L'acciaio inossidabile è buono per alcuni scambiatori di calore che devono essere resistenti alla corrosione e abbastanza forte da resistere sotto stress. La lega di alluminio è buono per alcuni scambiatori di calore che devono essere leggeri e bravi a condurre il calore. La lega di rame è uno dei migliori materiali per realizzare scambiatori di calore di efficienza - elevati poiché conduce molto bene il calore. La lega di titanio è forte, resistente alla corrosione e può gestire temperature elevate. È buono per gli scambiatori di calore che lavorano a determinate condizioni.
Migliorare il processo di stampa
La scelta dei giusti parametri di processo per la stampa 3D in metallo ha un grande effetto su come funzionano gli scambiatori di calore. Ad esempio, la potenza laser, la velocità di scansione, lo spessore dello strato e il metodo di scansione possono cambiare la densità, la rugosità superficiale e le qualità meccaniche degli oggetti stampati. Per assicurarsi che lo scambiatore di calore stampato funzioni bene, i parametri del processo di stampa devono essere ottimizzati a seconda dei materiali scelti e dei requisiti di progettazione. Per evitare problemi come crepe e deformazioni, è anche importante modellare e studiare i campi di temperatura e stress durante il processo di stampa.
assistenza post -terapia
Dopo che sono stati realizzati, gli scambiatori di calore stampati in metallo 3D di solito devono essere elaborati ulteriormente per migliorare le loro superfici e farle funzionare meglio. Alcuni modi comuni per pubblicare il processo - sono il trattamento chimico, il trattamento termico e la lucidatura della superficie. Il trattamento termico può sbarazzarsi delle sollecitazioni residue che si verificano durante la stampa, rendere i materiali più organizzati e migliori; La lucidatura della superficie può rendere più fluida le superfici degli scambiatori di calore, rendere più facile il flusso di fluidi e rendere il trasferimento di calore più efficiente. Usando sostanze chimiche, è possibile creare un film protettivo sulla superficie dello scambiatore di calore che rende meno probabile che si corrossi.
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