Dans le cadre de la mission permanente du projet DESOLINATION visant à décarboniser le processus de dessalement, une étape importante a été franchie à l'Université de LUT : la mise en place d'un système de dessalement de l'eau de mer. validation expérimentale d'une imprimante 3D heat exchanger. Cette avancée démontre que fabrication additive (également connue sous le nom d'impression 3D) peut améliorer de manière significative les performances des échangeurs de chaleur utilisés dans les systèmes de chauffage et de climatisation. dioxyde de carbone supercritique (sCO2) cycles de Brayton, ouvrant la voie à des systèmes énergétiques plus efficaces.

Récemment, l'équipe du projet DESOLINATION a franchi une étape importante en validant avec succès son dispositif expérimental à l'Institut de l'environnement et de la santé (IES). Université LUT. Ce processus de validation a comporté plusieurs étapes clés :

1. Conception: L'équipe a élaboré un plan pour l'échangeur de chaleur imprimé en 3D, en se concentrant sur l'optimisation de sa forme et de sa fonction.
2. Simulation: En utilisant des outils tels que Dynamique des fluides numérique (CFD), L'équipe a simulé le fonctionnement de l'échangeur de chaleur dans des conditions réelles.
3. Fabrication additive: L'échangeur de chaleur a été imprimé à l'aide de techniques d'impression 3D avancées, ce qui a permis une conception plus complexe et plus efficace.
4. Assemblée: Les pièces imprimées ont ensuite été assemblées pour former un échangeur de chaleur entièrement fonctionnel.
5. Essais: L'étape finale consistait à tester l'échangeur de chaleur pour s'assurer qu'il pouvait résister aux pressions et aux températures prévues dans le cycle de Brayton du sCO2.

La réussite de ces étapes démontre que les échangeurs de chaleur imprimés en 3D peuvent fonctionner efficacement dans des environnements à haute pression et à haute température. Cette percée marque une étape importante vers l'intégration de ces conceptions avancées dans des systèmes réels d'énergie solaire à concentration (CSP).

Le rôle des échangeurs de chaleur dans le dessalement et la production d'énergie

Les échangeurs de chaleur sont essentiels dans les systèmes qui convertissent la chaleur en énergie utilisable. Dans le cadre du projet DESOLINATION, ils sont des éléments clés de l'installation de traitement de l'eau. sCO2 Cycle de Brayton, L'électricité est un processus thermodynamique qui utilise la chaleur pour produire de l'électricité. Lorsqu'elle est combinée avec énergie solaire à concentration (CSP)-qui concentre l'énergie solaire pour produire des niveaux élevés de chaleur, ces systèmes offrent un moyen plus efficace de produire de l'électricité tout en réduisant les émissions de carbone.

Cependant, la création d'échangeurs de chaleur capables de supporter les conditions extrêmes requises par les cycles de Brayton du sCO2 (températures allant jusqu'à 600°C et pressions d'environ 250 bars) présente des défis considérables. C'est pourquoi fabrication additive arrive.

Au fur et à mesure que DESOLINATION progresse, le développement et les essais continus d'échangeurs de chaleur imprimés en 3D joueront un rôle crucial dans la création de systèmes énergétiques plus durables et plus efficaces. À chaque étape, le projet se rapproche de sa vision d'un monde où le dessalement est alimenté par des énergies propres et renouvelables. En combinant des technologies de pointe telles que la fabrication additive et des processus thermodynamiques avancés, le projet DESOLINATION ouvre la voie à un avenir plus vert et plus sûr pour l'eau.

Le projet DESOLINATION, financé par le programme Horizon 2020 de l'Union européenne, fait des progrès remarquables dans sa mission de décarbonisation du dessalement. L'un des développements les plus passionnants provient de notre travail sur l'optimisation de l'énergie solaire. échangeurs de chaleur à utiliser dans dioxyde de carbone supercritique (sCO2) cycles de Brayton. Ces innovations pourraient révolutionner la façon dont nous produisons de l'électricité à partir de sources d'énergie renouvelables telles que l'énergie solaire. Voici un aperçu de la manière dont Dynamique des fluides numérique (CFD) joue un rôle clé dans cet effort.

Concevoir des échangeurs de chaleur capables de fonctionner dans ces conditions extrêmes n'est pas une mince affaire. Pour garantir la meilleure conception possible, DESOLINATION utilise Dynamique des fluides numérique (CFD)-un outil informatique puissant qui modélise l'écoulement des fluides et le transfert de chaleur dans des systèmes complexes.

La CFD permet à l'équipe du projet (en particulier TEMISTh) pour simuler les performances de l'échangeur de chaleur dans un environnement virtuel. Il s'agit d'analyser des facteurs clés tels que

• Efficacité thermique: L'efficacité avec laquelle l'échangeur transfère la chaleur d'un fluide à l'autre.
• Perte de charge: La réduction de la pression qui se produit lorsque le fluide circule dans l'échangeur de chaleur, ce qui peut avoir un impact sur les performances globales du système.
• Contraintes thermomécaniques: Les contraintes structurelles que l'échangeur doit supporter à des températures et des pressions élevées.

En utilisant la CFD, l'équipe peut trouver l'équilibre optimal entre l'efficacité thermique et la perte de charge, ce qui permet à l'échangeur de chaleur d'être performant tout en restant durable.

Essais en conditions réelles à l'Université du Roi Saud

Après avoir affiné la conception à l'aide de la CFD, l'étape suivante consiste à effectuer des essais en conditions réelles. L'équipe prévoit de faire fonctionner ces échangeurs de chaleur pour 4 000 heures dans une usine pilote à King Saud University. Ces tests permettront au projet de se rapprocher de l'objectif de Niveau de préparation technologique (TRL) 7, ce qui signifie que la technologie sera prête à être déployée dans des systèmes du monde réel.

Le rôle de la CFD : optimiser les performances des échangeurs de chaleur

Les résultats préliminaires de ces simulations sont prometteurs. L'équipe pense que leurs conceptions pourraient repousser les limites de ce qui est possible pour les échangeurs de chaleur dans les cycles de Brayton au sCO2. En cas de succès, ces innovations ouvriront la voie à des cycles de Brayton plus efficaces. énergie solaire à concentration (CSP) où l'énergie solaire est concentrée pour générer des niveaux élevés de chaleur, qui peuvent ensuite être utilisés pour produire de l'électricité.

La CFD : plus qu'un simple outil d'ingénierie

Au-delà de ses capacités techniques, la CFD s'est également révélée être un puissant outil de communication. Les simulations qu'elle crée fournissent des représentations visuellement attrayantes de la façon dont la chaleur et les fluides se déplacent dans le système, ce qui facilite l'explication de la science derrière le projet à un public plus large.

En utilisant la CFD pour concevoir et optimiser ces échangeurs de chaleur de pointe, le projet DESOLINATION fait un grand pas vers des systèmes énergétiques plus durables et plus efficaces, ce qui nous rapproche d'un avenir où le dessalement pourra être alimenté par des énergies propres et renouvelables.