Проектирование двухпоточных теплообменных аппаратов на основе трижды периодических минимальных поверхностей
Навасардян Е.С., Доля В. В.
Ключевые слова: ТЕПЛООБМЕН, МИНИМАЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ, ГИРОИД, АДДИТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Аннотация
Развитие аддитивных технологий существенно расширило возможности конструирования теплообменных аппаратов (ТОА). Они позволяют создавать поверхности теплообмена практически любой геометрической конфигурации. На фоне этого возникла и набрала популярность идея о применении в качестве основы для поверхности теплообмена трижды периодических минимальных поверхностей (ТПМП).ТПМП в качестве теплообменной поверхности имеют следующие преимущества:
• Двусторонность, позволяющая применять ТПМП как в однопоточных, так и в двухпоточных ТОА.
• Периодичность в трёх направлениях, позволяющая заполнять данной структурой сколь угодно сложный замкнутый объём, а также иметь возможность расчётного описания эквивалентного диаметра, необходимого для вычисления критериев подобия, по которым проектируются ТОА.
• Гладкость, оказывающая положительное влияние на гидравлические характеристики матрицы ТОА.
• Единство полости одного потока (полость, по которой течёт поток, не разделяется на раздельные полости, как это происходит, например, в пластинчато-ребристых или витых трубчатых ТОА), благодаря которому происходит перемешивание потока по всей матрице ТОА, что положительно сказывается на турбулизации потока.
• Самоподдерживающаяся геометрия, позволяющая печатать матрицы на основе ТПМП без поддержек.
• Высокие прочность и жёсткость.
• Хорошие свойства подавления шума.
В ходе проведённого исследования были:
• рассмотрены инструменты 3D- моделирования ТПМП и сетчатых структур на их основе;
• изучены зарубежные данные по тепловым и гидравлическим характеристикам решёток на базе ТПМП, подтверждающие их более высокую эффективность относительно классических решений;
• разработана методика одномерного расчёта двухпоточного ТОА на базе гироида (одной из разновидностей ТПМП);
• с применением аддитивных технологий изготовлен алюминиевый ТОА с гироидной матрицей;
• рассмотрены проблемы, возникающие при проектировании ТОА с матрицами на базе ТПМП.
В дальнейшем планируется экспериментальное подтверждение расчётной методики.
Design of two-flow heat exchangers based on thriple periodic minimal surfaces
E.S. Navasardyan , V.V. Dolya
Keywords: HEAT TRANSFER, MINIMAL SURFACE, GYROID, ADDITIVE TECHNOLOGY
