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열교환기는 온도가 높은 유체에서 온도가 낮은 유체로 열을 전달하는 매우 중요한 전통적인 기계장치 중 하나이다. 기존 열교환기의 설계 및 제작기술의 가장 큰 문제점은 고집적 열교환기의 코어와 같은 미세 채널구조를 용이하게 설계하고 제작할 수 있는 적절한 CAD/CAM 시스템이 없다는 것이다. 수많은 금속 박판을 프레스 성형하고 많은 시간과 고된 수작업이 수반되는 후처리 작업에 의하여 일체화 시키는 종래의 ...

열교환기는 온도가 높은 유체에서 온도가 낮은 유체로 열을 전달하는 매우 중요한 전통적인 기계장치 중 하나이다. 기존 열교환기의 설계 및 제작기술의 가장 큰 문제점은 고집적 열교환기의 코어와 같은 미세 채널구조를 용이하게 설계하고 제작할 수 있는 적절한 CAD/CAM 시스템이 없다는 것이다. 수많은 금속 박판을 프레스 성형하고 많은 시간과 고된 수작업이 수반되는 후처리 작업에 의하여 일체화 시키는 종래의 판형 열교환기 제조법에도 근본적인 혁신이 요구되는 시점이다. 본 연구 과제에서는 삼중주기적 최소곡면(TPMS)을 이용하여 열교환기의 내부 채널구조를 설계하는 새로운 고집적 열교환기 설계방법을 제시하고자 한다. 그리고 설계된 열교환기 디지털 모델을 적층조형법(AM)으로 한 번에 일체로 제작할 수 있는 새로운 가능성을 제시하고 이를 다양한 컴퓨터 응용 프로그램들과의 융합화를 시도하여 고효율의 고집적 TPMS 채널구조 열교환기(TPMS CHE)의 설계 및 제작을 위한 전용 CAD/CAM 시스템을 개발하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

An effective method for the compact heat exchanger (CHE) design is presented based on a hybrid
method of triply periodic minimal surface (TPMS) channel topology and volumetric distance field
(VDF). By the creative combination of TPMS-based core structures and VDF-based Boolean
operations...

An effective method for the compact heat exchanger (CHE) design is presented based on a hybrid
method of triply periodic minimal surface (TPMS) channel topology and volumetric distance field
(VDF). By the creative combination of TPMS-based core structures and VDF-based Boolean
operations, we could design a variety of CHEs with intricate internal core architectures and complex
exterior shapes. After generating a set of VDF-based features for the given exterior shape and desired
interior core structure, a series of simple modifications in distance fields enable us to obtain a complex
CHE computational model. The proposed design method can extend the 2D flow patterns of
traditional CHEs to the 3D flow patterns, thus resulting in high heat transfer efficiency and low
pressure drop. In addition, important design parameters correlated with core channel topologies such
as channel shape and channel size can be easily controlled by the customized computer program.
Design results and fabricated parts through additive manufacturing technologies show that the
proposed CHE design method has the potential to open a new paradigm for producing high
performance next generation CHEs which are not possible to design and fabricate through traditional
CAD and CAM technologies.
Keywords: Compact heat exchangers (CHEs), Triply periodic minimal surface (TPMS) channel
topology, TPMS-based CHEs, Three-dimensional (3D) flow pattern, 3D printed CHE

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