Het creëren van extreme performance compacte warmtewisselaars via multischaal vormoptimalisatie en 3D topologieoptimalisatie

In het streven naar efficiënt energiegebruik, zijn steeds compactere en efficiënte warmtewisselaars nodig. De best gekende methode om hun warmteoverdracht te verbeteren is door grote aantallen thermisch goed geleidende vinnen aan te brengen die de convectieve warmteoverdracht verbeteren, zoals cilindervormige en gegolfde koelvinnen, of gevinde pijpen. Om de warmteoverdracht verder te verbeteren zal dit project de vorm van deze vinnen optimaliseren d.m.v. 3D optimalisatie van de gehele vorm. Om de rekenkost die gepaard gaat met de simulatie en optimalisatie van de warmteoverdracht sterk te beperken, zullen technieken als multischaalmodellering en zogeheten ‘one-shot’-optimalisatiemethoden aangewend worden. Daarenboven zullen verschillende beperkingen naar productie en sterkte toe in rekening gebracht worden bij het optimaal ontwerp, om zo de vervaardiging via additieve productietechnieken te vrijwaren. Om verder te garanderen dat ook de globale geometrie van de warmtewisselaar slim ontworpen is, zal deze gelijktijdig met de vinvormen geoptimaliseerd worden. Daarnaast zal dit project ook de uitdaging aangaan om compacte verdeelstukken te ontwerpen die de stroming gelijk kunnen verdelen over de verschillende kanalen van de warmtewisselaar. 3D topologieoptimalisatiemethoden zullen hierbij voor het eerst gebruikt worden om deze te ontwerpen voor minimale drukval en goede stromingsverdeling. Experimentele verificaties zijn finaal voorzien om de prestatiewinsten die door de geoptimaliseerde warmtewisselaar en zijn onderdelen gerealiseerd wordt.

Trefwoorden:optimal heat exchanger design, multi-scale heat transfer simulation, fin shape optimization, manifold topology optimization

Disciplines:Computer aided engineering, simulatie en design, Numerieke modellering en design, Thermische energie, Warmteoverdracht, Vloeistofmechanica en -dynamica