V okviru projekta DESOLINATION, ki je namenjen dekarbonizaciji postopka razsoljevanja, je bil na Univerzi LUT dosežen pomemben mejnik. eksperimentalno potrjevanje 3D-natisnjenega heat exchanger. Ta preboj dokazuje, da aditivna proizvodnja (znan tudi kot 3D tiskanje) lahko bistveno izboljša učinkovitost toplotnih izmenjevalnikov, ki se uporabljajo v superkritični ogljikov dioksid (sCO2) Braytonovi cikli, in s tem utira pot učinkovitejšim energetskim sistemom.

Ekipa projekta DESOLINATION je nedavno dosegla pomemben mejnik, saj je uspešno potrdila svojo eksperimentalno postavitev na Univerza LUT. Ta postopek potrjevanja je vključeval več ključnih korakov:

1. Oblikovanje: Ekipa je razvila načrt za toplotni izmenjevalnik, natisnjen v 3D, pri čemer se je osredotočila na optimizacijo njegove oblike in delovanja.
2. Simulacija: Uporaba orodij, kot so Računalniška dinamika tekočin (CFD), ekipa je simulirala, kako bi izmenjevalnik toplote deloval v realnih razmerah.
3. Dodajalna proizvodnja: Toplotni izmenjevalnik je bil natisnjen z naprednimi tehnikami 3D-tiskanja, kar je omogočilo bolj zapleteno in učinkovito zasnovo.
4. Montaža: Natisnjeni deli so bili nato sestavljeni v popolnoma delujoč toplotni izmenjevalnik.
5. Testiranje: Zadnji korak je bil preizkus toplotnega izmenjevalnika, da bi zagotovili, da bo vzdržal tlake in temperature, ki se pričakujejo v Braytonovem ciklu sCO2.

Uspešna izvedba teh korakov dokazuje, da lahko toplotni izmenjevalniki, natisnjeni s 3D tiskalnikom, učinkovito delujejo v okoljih z visokim tlakom in visoko temperaturo. Ta preboj pomeni pomemben korak k vključitvi teh naprednih modelov v dejanske sisteme koncentrirane sončne energije (CSP).

Vloga izmenjevalnikov toplote pri razsoljevanju in proizvodnji energije

Toplotni izmenjevalniki so ključnega pomena v sistemih, ki pretvarjajo toploto v uporabno energijo. V projektu DESOLINATION so ključni sestavni deli sCO2 Braytonov cikel, termodinamični proces, pri katerem se toplota uporablja za proizvodnjo električne energije. V kombinaciji z koncentrirana sončna energija (CSP)-ki koncentrira sončno energijo za proizvodnjo visoke ravni toplote, ti sistemi ponujajo učinkovitejši način proizvodnje energije in hkrati zmanjšujejo emisije ogljika.

Vendar je izdelava toplotnih izmenjevalnikov, ki so kos ekstremnim pogojem, ki jih zahtevajo Braytonovi cikli sCO2 (temperature do 600 °C in tlaki okoli 250 barov), velik izziv. Zato je treba aditivna proizvodnja prihaja v.

Pri nadaljnjem razvoju in testiranju toplotnih izmenjevalnikov, natisnjenih v 3D-tehniki, bo imelo podjetje DESOLINATION ključno vlogo pri ustvarjanju bolj trajnostnih in učinkovitih energetskih sistemov. Z vsakim mejnikom se projekt približuje svoji viziji sveta, v katerem razsoljevanje poganja čista, obnovljiva energija. Z združevanjem najsodobnejših tehnologij, kot so aditivna proizvodnja in napredni termodinamični procesi, projekt DESOLINATION utira pot okolju prijaznejši in bolj varni prihodnosti z vodo.

Projekt DESOLINATION, ki ga financira program Evropske unije Obzorje 2020, dosega izjemne uspehe pri svojem poslanstvu dekarbonizacije razsoljevanja. Eden od najbolj vznemirljivih dosežkov je naše delo na področju optimizacije izmenjevalniki toplote za uporabo v superkritični ogljikov dioksid (sCO2) Braytonovi cikli. Te inovacije bi lahko spremenile način pridobivanja energije iz obnovljivih virov energije, kot je sončna energija. Tukaj si podrobneje oglejte, kako Računalniška dinamika tekočin (CFD) ima pri tem ključno vlogo.

Načrtovanje toplotnih izmenjevalnikov, ki lahko delujejo v teh ekstremnih pogojih, ni majhen zalogaj. Da bi zagotovili najboljšo možno zasnovo, družba DESOLINATION uporablja Računalniška dinamika tekočin (CFD)-zmogljivo računalniško orodje, ki modelira pretok tekočin in prenos toplote v kompleksnih sistemih.

CFD omogoča projektni skupini (zlasti TEMISTh) za simulacijo delovanja toplotnega izmenjevalnika v virtualnem okolju. To vključuje analizo ključnih dejavnikov, kot so:

• Toplotna učinkovitost: Kako dobro izmenjevalnik prenaša toploto iz ene tekočine v drugo.
• Padec tlaka: Zmanjšanje tlaka, ki nastane pri pretoku tekočine skozi toplotni izmenjevalnik, kar lahko vpliva na celotno delovanje sistema.
• Termomehanske omejitve: Strukturne obremenitve, ki jih mora izmenjevalnik prenesti pri visokih temperaturah in tlakih.

Z uporabo CFD lahko ekipa najde optimalno ravnovesje med toplotno učinkovitostjo in padcem tlaka, kar zagotavlja dobro delovanje toplotnega izmenjevalnika, ki je hkrati vzdržljiv.

Testiranje v realnem svetu na Univerzi kralja Sauda

Po natančnem prilagajanju zasnove z uporabo CFD je naslednji korak testiranje v realnem svetu. Ekipa načrtuje, da bo te izmenjevalnike toplote uporabljala 4.000 ur v pilotnem obratu v King Saud University. Ti testi bodo projekt približali Stopnja tehnološke pripravljenosti (TRL) 7, kar pomeni, da bo tehnologija pripravljena za uporabo v realnih sistemih.

Vloga CFD: optimizacija učinkovitosti izmenjevalnika toplote

Predhodni rezultati teh simulacij so obetavni. Ekipa je prepričana, da bi lahko s svojimi projekti presegli meje možnega pri izmenjevalnikih toplote v Braytonovih ciklih sCO2. Če bodo te inovacije uspešne, bodo utrle pot učinkovitejšim koncentrirana sončna energija (CSP) elektrarne, v katerih se sončna energija koncentrira in proizvaja visoko raven toplote, ki se lahko nato uporabi za proizvodnjo električne energije.

CFD: več kot le inženirsko orodje

Poleg tehničnih zmožnosti se je CFD izkazala tudi kot močno komunikacijsko orodje. Simulacije, ki jih ustvari, vizualno privlačno prikazujejo, kako se toplota in tekočine gibljejo skozi sistem, kar olajša razlago znanstvenih spoznanj o projektu širšemu občinstvu.

Z uporabo CFD za načrtovanje in optimizacijo teh vrhunskih toplotnih izmenjevalnikov projekt DESOLINATION pomeni velik korak k bolj trajnostnim in učinkovitim energetskim sistemom ter nas približuje prihodnosti, v kateri bo razsoljevanje lahko poganjala čista, obnovljiva energija.