Optimisation paramétrique des échangeurs de chaleur, validation par impression 3D

Le progrès de la fabrication additive métallique a considérablement augmenté les possibilités d'optimisation et de conception des systèmes d'échangeurs de chaleur. Dans ce travail, nous présentons des améliorations de conception possibles et une optimisation avancée des surfaces étendues pour les échangeurs de chaleur à plaques et ailettes. Une évaluation expérimentale a été réalisée sur des mini-canaux imprimées en 3D pour estimer leurs propriétés thermo-hydrauliques par rapport à celles obtenues pour une fabrication conventionnelle. Les corrélations validées sont utilisées pour la conception et l'optimisation paramétrique d'un échangeur de chaleur à ailettes ondulées. La conception optimisée pour le processus d'impression 3D a conduit à un échangeur de chaleur 50% plus léger pour le même rendement thermique et la même perte de charge. Une optimisation paramétrique avancée a alors été appliquée en modifiant l'amplitude locale de chaque onde de l’ailette le long de l'écoulement. Cela a permis de réduire le coût de fonctionnement de 15% pour la même performance thermique. Enfin une amélioration locale par enlèvement de matière a été réalisée sur un échangeur de chaleur à ailettes décalées en utilisant FLUENT. En supprimant 12% des cellules thermiquement inefficaces, la perte de charge a été réduite de 20% pour le même service thermique. Une nouvelle génération des ailettes décalée est proposée qui réduit le volume de l'échangeur de chaleur de 50% en maintenant ses mêmes performances thermo-hydrauliques globales.