换热器优化设计应用

一:设计目标

以某型换热器结构为背景，根据零件结构和典型工况，基于增材制造工艺（激光选区熔化成形技术），进行结构优化设计。设计应当从轻量化、增大换热面积等方面考虑，基于增材制造工艺，充分考虑变形量、连通性、表面处理等方面以降低制造难度并提升换热效率。

实物模型

二:设计优化方法

基于现有模型进行渐进式优化，首先分析原有设计在结构和性能上的优缺点，然后根据增加换热量和轻量化的设计要求，对局部细节进行优化，使得设计更加适合增材制造，换热性能和重量都有所优化。

流体内的流线试图1

流场内的流线试图2

三:设计优化流程

我们首先对该型换热器结构进行全三维的计算流体力学数值模拟，通过数值仿真分析换热器结构内部流动及传热特征。然后根据增材制造的换热器设计特点，进行初步的方案设计。充分考虑增材制造尤其是激光选区融化成形技术的工艺特点和限制，从可制造性、清粉的便利性等方面对模型进行设计。使用CFD技术以及FEA技术对全三维流场以及结构强度进行核算。通过所获得的换热器内部三维流场信息和结构强度计算结果对几何模型进一步优化。