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Strukturen in additiv gefertigten Wärmeübertragern: Parameterbasierte Generierung und messtechnische Charakterisierung innerer Gitterstrukturen zur Verbesserung des Wärmeübergangs

  • Robin Kahlfeld*
  • , Ina Meyer
  • , Jasper Lachmayer
  • , Cameron Owen Messmann
  • , Niklas Thies
  • , Tobias Ehlers
  • , Stephan Kabelac
  • , Roland Johann Lachmayer
    • *Corresponding author for this work

Research output: Contribution to conference › Paper › Research › peer review

Abstract

Das pulverbettbasierte Schmelzen von Metallen mittels Laserstrahl (PBF-LB/M) ermöglicht als additives Fertigungsverfahren neuartige, hocheffiziente Wärmeübertrager mit komplexen inneren Strukturen. Ein Ansatz zur
Steigerung der volumetrischen thermischen Leistungs-dichte sind dabei sogenannte Lattice Structures, Gitterstrukturen aus periodischen Einheitszellen. Zur thermofluiddynamischen Optimierung kann eine Vielzahl von Parametern angepasst werden. Dies erfordert eine grundlegende Untersuchung der Auswirkung der Parametervariationen. Die Generierung solcher Strukturen erfolgt über eine skriptbasierte Konstruktionsumgebung. Im folgenden Beitrag werden drei unterschiedlich ausgerichtete Diamond-Lattice-Structures generiert und messtechnisch charakterisiert. Der Algorithmus zur Generierung wird beschrieben. Die Strukturen unterscheiden sich bezüglich Anordnung und Ausrichtung. Sie sind auf der Gas-Seite eines kompakten, mittels PBF-LB/M gefertigten Gaskühlers verortet. Wärmeübergang und Druckverlust werden für Leerrohr-Eintritts-Reynolds-Zahlen von 700 bis 9000 vermessen und untereinander sowie mit einem konventionellen, geometrisch ähnlichen Referenz-Rohrbündel verglichen. Die effizienteste Struktur hat gegenüber den beiden anderen um 50 % bzw. 57 % niedrigere mittlere Druckverluste, wobei die Wärmeströme jedoch im Mittel nur um 23 % bzw. 18 % abnehmen. Dies zeigt, dass über Parametervariationen eine deutliche Effizienzsteigerung möglich ist. Der Rohrbündelwärmeübertrager weist eine durchgehend niedrigere volumetrische Leistungsdichte auf, wobei die auftretenden Druckverluste jedoch ebenfalls geringer ausfallen.
Original languageGerman
Number of pages12
DOIs
Publication statusPublished - 2023
EventDKV-Tagung 2023 - Hannover, Germany
Duration: 22 Nov 2023 → 24 Nov 2023
https://www.dkv.org/

Conference

ConferenceDKV-Tagung 2023
Country/TerritoryGermany
CityHannover
Period22 Nov 2023 → 24 Nov 2023
Internet address

Access to Document

  • SAM: School for Additive Manufacturing – Sensoren und Aktoren durch Additive Fertigung von gradierten Bauteilen - Ein zentraler Schritt für die Realisierung der digitalen Transformation

    Maier, H. J. (Principal Investigator), Lachmayer, R. J. (Principal Investigator), Ahlers, H. (Co-applicant), Bigall, N.-C. (Co-applicant), Ehlers, H. (Co-Investigator), Fuchs, M. (Co-Investigator), Gembarski, P. C. (Co-Investigator), Hassel, T. (Co-Investigator), Lammers, M. (Co-Investigator), Kabelac, S. (Co-applicant), Klawitter, G. (Co-applicant), Klose, C. (Co-Investigator), Mozgova, I. (Co-applicant), Nürnberger, F. (Co-applicant), Renz, F. (Co-applicant), Ristau, D. (Co-applicant), Vietor, T. (Co-applicant), Watschke, H. (Co-Investigator), Waldt, N. (Co-applicant), Weißenfels, C. (Co-Investigator), Wesling, V. (Co-applicant), Wiche, H. (Co-Investigator), Wolf, A. G. (Co-Investigator), Wollweber, M. (Co-applicant), Wriggers, P. (Co-applicant), Jensen, L. (Co-Investigator), Schwarz, N. (Project staff), Eckert, G. (Project staff), Kahlfeld, R. (Project staff), Müller, P. (Project staff), Goutier, M. J. (Project staff), Gräbner, M. (Project staff), Hill, B. O. (Project staff), Tang, X. (Project staff), Steinhoff, T. (Project staff), Hölscher, L. V. (Project staff), Wurst-Köster, J. (Project staff), Ziebehl, A. (Project staff) & Meyer, I. (Project staff)

    1 Oct 2019 → 30 Sept 2024

    Project: Research

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