Avslutad

3D-printing av värmeväxlare

Genom att tillverka värmeväxlare i 3D-printing kan man släppa de flesta restriktionerna relaterade till tillverkningen och tillåtas att tänka helt fritt. Det innebär helt nya möjligheter och initierar nya tankar om hur en värmeväxlare bör utformas. Vi kommer att utforma nya geometrier och optimera dem med hjälp av datorsimuleringar.

Värmeväxlares geometri är mycket viktig för deras prestanda. Traditionella tillverkningsmetoder har hittills satt gränser för hur geometrin kan utformas. Genom att utnyttja 3D-printing kan helt nya värmeväxlargeometrier skapas, vilket möjliggör förbättrade prestanda och i förlängningen  potentiellt energibesparingar. I detta projekt kommer nya värmeväxlargeometrier att optimeras genom datorsimuleringar och därefter tillverkas med 3D-printing och testas i labb.

Metoden 3D-printing eller additiv tillverkning tillåter tillverkning av mycket komplexa strukturer. Hittills har metoden mest använts för att tillverka prototyper, huvudsakligen i plast, men när tekniken utvecklas sjunker kostnaden och precisionen i tillverkningen ökar. Dessutom finns nu möjlighet att tillverka tredimensionella strukturer i metall, även i koppar. För framtiden, och för speciella applikationer, är det av intresse att undersöka vad den nya tekniken kan få för betydelse om den används för tillverkning av värmeväxlare.

För att få effektiv värmeöverföring kan man utnyttja turbulatorer, uppstyckade flödeskanaler, porösa ytstrukturer, flänsar av olika slag, mycket tunna kanaler, kanaler med varierande tvärsnitt mm. Den vetenskapliga litteraturen innehåller många analyser av hur ytor och kanaler bör utformas för bästa värmeöverföring. I praktiken behöver man också ta hänsyn till hur ytorna och värmeväxlarna ska tillverkas, och hur delarna ska fogas samman.

Genom att tillverka värmeväxlare i 3D-printing kan man släppa de flesta restriktionerna relaterade till tillverkningen och tillåtas att tänka helt fritt. Det innebär helt nya möjligheter och initierar nya tankar om hur en värmeväxlare bör utformas. Vi kommer att utforma nya geometrier och optimera dem med hjälp av datorsimuleringar. Därefter kommer de bästa geometrierna att tillverkas med 3D-printing och testas i vårt labb. Inom projektet samarbetar vi med institutionen för Industriell Produktion på KTH, som har expertis och utrustning för 3D-printing. Vi har också goda kontakter inom industrin där alternativ utrustning för 3D-printing finns tillgänglig.

Som ett resultat av utvecklingen inom additiv tillverkning, även kallat 3D-printing, kan nya värmeväxlargeometrier tillverkas som ger låg intern volym, bättre värmeövergång och högre effektivitet än tidigare varit möjligt. Detta projekt har målsättningen att undersöka hur den nya tillverkningstekniken ska utnyttjas för att få bästa möjliga prestanda för värmeväxlare, i enfasströmning såväl som vid förångare och kondensorer. Projektet kan betraktas som grundläggande forskning, men resultaten förväntas kunna tillämpas i nya värmeväxlartyper relativt omgående.

Inom projektet kommer värmeväxlare att utformas och optimeras genom s.k. evolutionära algoritmer och numeriska strömningsberäkningar, för att sedan tillverkas additivt. De tillverkade värmeväxlarytorna kommer därefter att testas på institutionens laboratorium och beräkningarna från simuleringarna att verifieras. Ett förväntat resultat av projektet är riktlinjer för hur värmeväxlare baserade på 3D-printing bäst ska utformas.

Sammanfattning

Projektnamn

Design, optimering och tillverkning av högeffektiva värmeväxlare tillverkade med 3D-printing.

Organisation

KTH, Inst Energiteknik, Avd. Tillämpad termodynamik och kylteknik.

Projektledare

Björn Palm

Aktörer

Inst. Industriell Produktion, KTH.

Energimyndighetens projektnummer

48303-1

Relaterade projekt

Se alla projekt

Avslutad

Ranagård med ny 4GDH-teknik

Projektet utför en transdisciplinärt studie i samband med implementering av en ny fjärrvärmeteknik (4GDH) till ett bostadsområde, för att studera teknikacceptans av bygg- och installationsbranschen samt identifierar vilka hinder som uppstår vid införande av ny teknik.

Områden

Fjärrvärme

Relaterade Nyheter

Se alla nyheter

Relaterade Event

Se alla event

Termodagen 2023 – värme och kylas roll i energiomställningen

Den 19 oktober kommer Termodagen 2023. Forskare inom värme och kyla har stor betydelse för att sprida kunskap till politiska beslutsfattare och samhället i stort. Kunskapen som kommer fram inom Termo ska bidra till att utforma framtidens energisystem. Under den här dagen vill vi öka engagemanget och möjligheten till samverkan.

row boat

Webinar: När världen behöver kylas

Med stigande temperaturer och allt mer frekventa värmeböljor kommer efterfrågan av kyla till våra inomhusmiljöer bli allt större. År 2020 tillverkades till exempel cirka 110 miljoner luftkonditioneringar i världen och prognosen är 150 miljoner år 2027.