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GE 3D打印热交换器在900°C下测试

来源:原创

发布时间:2021-09-07 13:17:26

点击量:98

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美国企业集团GE的研发部门GE Research已经成功地在高达900°C的温度下测试了一种新型3D打印热交换器原型。与马里兰大学和橡树岭国家实验室(ORNL)一起设计的GE Research的次规模热调节装置具有独特的葡萄状几何形状,使其具有极端的耐热和耐压性能。现在已经通过了初步试验,其温度超过了目前最先进的设备的能力,超过了200°C,通用电气研究公司表示,其原型可以在能源部门找到应用,"在现有和下一代发电厂和喷气发动机平台上实现更清洁、更有效的发电"。

GE 3D打印热交换器在900°C下测试

据通用电气研究院的首席工程师Lana Osusky说,增材制造在项目的早期成功中发挥了重要作用。"她说:"3D打印热交换工艺和设计工具所提供的设计自由度使我们能够更迅速地开发、建造和测试新的热交换器设计,这在以前是不可能的。"我们可能不想吃这些葡萄,但当我们完成这个关键的里程碑时,我们还是尝到了胜利的滋味"。

 

通用电气研究院和3D打印热交换

 

作为一家跨国企业集团的研发部门,通用电气研究院从事的项目范围很广,从先进的机器人到生物制品,但它也有一个强大的3D打印团队,专注于开发材料、机械工艺和光学技术,以提高该技术的潜力,特别是在国防应用中。在其之前的身份--通用电气全球研究部下,该业务得到了America Makes的支持,与劳伦斯-利弗莫尔国家实验室(LLNL)一起开发了一台商业级金属3D打印机。该项目紧随通用电气研究公司的美国海军合同之后,该公司获得了900万美元的资金,用于开发一种数字配对海军零件的方法,以加速关键任务设备的生产。

 

最近,GE研究院的Forge实验室设计了一个安全的3D打印区块热交换链网络,能够以保护数据免受网络攻击的方式进行加密,并从国防高级研究计划局获得了进一步的军事资助,以增材制造一个 "凭空产生水 "的系统。鉴于通用电气在航空航天领域有着悠久的历史,而且其通用电气航空部门已经主动采用了3D打印技术,因此其通用电气研究部门现在开发了一种优化的热调节装置也就不足为奇了,它说这种装置可以在飞行中 "打破效率障碍 "并 "减少碳排放"。

 

通用电气研究部的3D打印热交换次规模热交换器原型。图片来自通用电气研究院。

 

达到一个热能的里程碑

 

自2019年初以来,GE研究院一直在通过ARPA-E的 "通过材料和制造工艺的高强度热交换 "或 "HITEMMP "计划开发其新型热交换器。原则上,这个价值310万美元的项目旨在产生一种紧凑的耐温耐压热交换器,能够以更高的效率运行电力涡轮机和喷气发动机。

GE 3D打印热交换器在900°C下测试

在该项目中,由Osusky领导的一个跨学科专家团队利用GE研究院设计的镍超合金,创造了他们称之为 "UPHEAT "的热交换器。通过大量的模拟、原型设计和测试,科学家们的3D打印设备具有薄壁单元的集合,松散地类似于葡萄。与著名的腐蚀科学专家ORNL合作,GE Research现在已经测试了其温度调节装置的热阻,它不仅达到了项目的最初目标900°C,而且实现了接近一半的目标压力3626磅/平方英寸,该团队打算在2022年第一季度之前交付一个完全符合要求的示范原型。

 

"从调节你在飞机上呼吸的空气到保持你的汽车发动机、计算机和其他电子产品的冷却,热交换器发挥着重要的功能,在我们的日常生活中无处不在,"通用电气在其发布的新闻稿中总结道。"对GE来说,这些设备对于以最清洁、最有效的方式为世界提供大规模发电和喷气推进系统至关重要。"

 

优化热交换器设计

 

在过去的三年里,3D打印所释放的设计灵活性已经越来越多地看到该技术被用来开发具有独特几何形状和热阻质量的热交换器。例如,2021年2月,3D Systems公司与美国陆军签订合同,帮助生产3D打印拓扑优化的热交换器。早在2019年5月,ARPA-E还授予密歇根州立大学230万美元,用于开发一种用于发电应用的新型添加剂制造的热交换器。使用适合LPBF的合金,该团队正在努力创建一个可扩展的、紧凑的热设备,该设备具有很强的抗腐蚀性和高温性。

 

与此同时,固态金属3D打印专家Fabrisonic公司一直与美国宇航局的喷气推进实验室(JPL)合作,3D打印可用于太空的热交换器。本月早些时候,该公司能够帮助设计一个新的单件零件,消除了几十个在长期任务中可能出现故障的小部件和接头。

 

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