3D-Printed Heat Exchanger

Abstract: Additiv tillverkning, eller 3D-printing, är på grund av sina många fördelar en ständigt ökande tillverkningsmetod. Designfriheten, det reducerade materialspillet, förkortad tid från ritning till färdig produkt och förmågan att kunna printa rörliga delar gör 3D-printing intressant för många olika användningsområden. Ett användningsområde där relativt lite forskning gjorts men som har ett ökat intresse är värmeväxlare. Värmeväxlare används idag i oräkneliga applikationer, bland annat i industrin, fordon, datorer, kraftverk etc. Att designa en värmeväxlare är en komplex process där de minsta ändringarna på geometri kan ha stora konsekvenser för prestandan. Värmeöverföringsarea är en av de begränsande faktorerna för värmeöverföring. En möjlighet som designfriheten additiv tillverkning medför är att man kan addera till arean genom komplexa geometrier. En Shell-and-Tube värmeväxlare ämnad för 3D-printing designades med CAD. Först gjordes beräkningar som jämförde den areaökning som kunde erhållas jämfört med en konventionell liknande värmeväxlare. De båda värmeväxlarna jämfördes även med CFD analys för att utvärdera möjligheterna för ökad värmeöverföring. Även parametrar som tryck, temperatur och flöde analyserades. Enligt teorin ska ökad area innebära mer värmeöverföring men från resultaten av CFD kan inga generella slutsatser dras. Inga direkta temperaturskillnader syntes vid jämförelsen av de båda värmeväxlarna. Arbetet var även en studie i hur väl moderna 3D-printrar ämnade för metallkomponenter kan hantera komplexa ytor och smala passager. Shell-and-Tube värmeväxlaren designades för att minimera mängden supportmaterial och hur väl pulver kunde avlägsnas undersöktes också.