토폴로지 최적화 및 부가 제조를 결합하여 위스콘신-매디슨 엔지니어의 팀은 열전달, 전력 밀도 및 효과에서 전통적인 직선 채널 설계를 능가하는 트위스트의 고온 열네이버 룰렛 기를 만들었습니다.
그리고 그들은 3D 프린트와 테스트 - 금속 개념 증명에 혁신적인 기술을 사용했습니다.
고온 열 네이버 룰렛기는 항공 우주, 발전, 산업 공정 및 항공의 응용과 함께 열을 소산하기위한 많은 기술에서 필수적인 구성 요소입니다.
전통적으로 열 네이버 룰렛기는 직선 파이프를 통해 뜨거운 유체와 차가운 유체를 흐르고 주로 직선 파이프가 제조하기 쉽기 때문에 말한다.Xiaoping Qian, 교수룰렛 확률 부서기계룰렛 확률UW-Madison에서. "하지만 직선 파이프는 반드시 뜨거운 유체와 차가운 액체 사이의 열을 전달하기위한 최고의 형상 일 필요는 없습니다."
첨가제 제조를 통해 연구원들은보다 효율적인 열네이버 룰렛기를 생성 할 수있는 복잡한 형상이있는 구조를 만들 수 있습니다. 이 설계 자유를 감안할 때 Qian은 열 전달을 극대화하는 열 네이버 룰렛기 내부의 뜨거운 유체 채널 및 차가운 유체 채널의 설계를 발견하기 시작했습니다.
그는 토폴로지 최적화에 대한 전문 지식을 활용하여 특정 설계 목표를 달성하기 위해 구조물의 재료 분포를 연구하는 데 사용되는 계산 설계 접근법을 활용했습니다. 또한 전체 설계에 대한 제조 가능성 제약 조건을 고려하는 Projected Undercut 경계라는 특허 기술을 통합했습니다..
열 네이버 룰렛기 코어를위한 토폴로지 최적화 단위 셀의 렌더링. 최적화 된 설계에는 복잡한 형상과 복잡한 표면 기능이있는 핫 및 콜드 유체 채널이 있습니다.
최적화 된 디자인으로 Qian은 동료와 함께 일했습니다Dan Thoma, 교수룰렛 돌리기 게임 부서룰렛 돌리기 게임 과학 및 공학UW-Madison에서 Laser Powder Bed Fusion이라는 금속 첨가제 제조 기술을 사용하여 열네이버 룰렛 기의 3D 프린팅을 이끌었습니다..
외부에서 최적화 된 열 네이버 룰렛기는 직선 채널 설계를 가진 기존 버전과 동일하게 보이지만 내부 코어 디자인은 놀랍도록 다릅니다. 최적화 된 디자인은 복잡한 형상과 복잡한 표면 특징으로 핫 및 콜드 유체 채널을 얽어 있습니다.
공동 작업자Mark Anderson16324_16803
팀은 결과를 자세히 설명했습니다.논문은 2025 년 6 월 1 일에 출판국제 열 및 질량 전달 저널.
이전의 연구는 토폴로지 최적화를 사용하여 2 유체 열 네이버 룰렛기 설계를 연구했지만,이 작업은 토폴로지 최적화를 활용하고 제조 가능성 제약을 강요하여 설계를 구축하고 테스트 할 수 있도록 제조 가능성 제약 조건을 부과한다고 말합니다..
“컴퓨터의 디자인 최적화는 한 가지 일이지만 실제로는 매우 다른 일입니다.”라고 Qian은 말합니다. "최적화 방법이 효과가 있다는 것은 흥미 롭습니다. 실제로 열네이버 룰렛 기 설계를 제조 할 수있었습니다. 그리고 실험 테스트를 통해 최적화 된 설계의 성능 향상을 보여주었습니다. 학생들, 박사 후 연구원 및 과학자들이 수행 한 우수한 작업으로 인해이 발전이 가능해졌습니다."
Sicheng Sun, 최근 박사 졸업생Qian 's Research Group,의 첫 번째 저자입니다.국제 열 및 질량 전달 저널종이. 추가 공동 저자는 UW-Madison의 Tiago Augusto Moreira, Behzad Rankouhi, Xinyi Yu 및 Ian Jentz가 있습니다.
최적화 된 열네이버 룰렛 기의 핵심은 토폴로지 최적화 단위 셀로 구성됩니다. 최적화 된 설계는 열전달, 전력 밀도 및 효과에서 전통적인 직선 채널 설계보다 우수했습니다.
Xiaoping Qian은 Elmer R. 및 Janet Ambach Kaiser 교수입니다. Mark Anderson은 기계 공학의 통합 논문 교수입니다.Wisconsin Alumni Research Foundation.
이 작품은 ARPA-E Grant De-Ar0001475 및 National Science Foundation Grant 1941206에 의해 지원되었습니다.
주요 이미지 캡션 : 기계 공학 교수 Xiaoping Qian은 팀이 만든 3D 프린트, 토폴로지 최적화 열 네이버 룰렛기를 보유하고 있습니다. 사진 : Joel Hallberg.