Návrh aditivně vyráběného tepelného výměníku olej-voda pro formuli student
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Diplomová práce je zaměřena na návrh a výrobu chladiče oleje vyráběným technologií Selective Laser Melting pro použití ve Formuli Student. Cílem návrhu je zajištění optimálního chlazení olejového okruhu při minimální hmotnosti. Vyrobený chladič využívá koncepce deskového výměníku s optimalizovanými přírubami pomocí simulací proudění a žebrováním teplosměnného tělesa o tloušťce 0,17 mm. Pro návrh byl vytvořen analytický model chladiče. Dále byly optimalizovány procesní parametry výroby tenkostěnných prvků, na které navazovala výroba testovacích vzorků pro měření tlakových ztrát a výkonu mikrochladičů. Výsledky byly použity pro zpřesnění výpočetního modelu a následného optimálního návrhu teplosměnné plochy. Poté proběhla optimalizace přírub chladiče pomocí simulací proudění. Byla provedena výroba prototypu, jehož parametry byly ověřeny na měřícím okruhu vyrobenému pro účely této práce. Navržený chladič dosahuje výkonu 4,5 kW při podmínkách závodu, pro které je ekvivalentní teplotní spád olejového okruhu 22 °C. Návrhem bylo docíleno snížení hmotnosti na 320 g, čímž došlo k redukci hmotnosti o 47 % oproti doposud používanému chladiči. Zároveň došlo ke snížení těžiště vozidla díky změně umístění výměníku.
Diploma thesis deals with a design and manufacture of oil cooler by technology Selective Laser Melting for Formula Student. The main goal of the design is to ensure optimal oil circuit cooling at a minimal mass. The design of manufactured oil cooler is based on a plate heat exchanger concept with optimized intakes by CFD simulations and heat exchange body with fins of thickness 0.17 mm. An analytical model was created. SLM process parameters were optimized for a thin walls printing, Subsequently, a fabrication of testing parts was finished for measuring pressure drops and performances of micro heat exchangers. Results were used for an accuracy improvement of the analytical model and for consequent optimization of heat exchange surface. Afterwards optimization was executed for inlets and outlets by using flow simulations. A prototype was built and verified on a test stand. Performance of the designed oil cooler is 4.5 kW for race mode, where temperature drop of oil circuit is 22 °C. The lightweight design weighs 320 g, which reduces more than 47 % of a current oil-air cooler weight. Furthermore, a centre of gravity is decreased by designed placement of the cooler.
Diploma thesis deals with a design and manufacture of oil cooler by technology Selective Laser Melting for Formula Student. The main goal of the design is to ensure optimal oil circuit cooling at a minimal mass. The design of manufactured oil cooler is based on a plate heat exchanger concept with optimized intakes by CFD simulations and heat exchange body with fins of thickness 0.17 mm. An analytical model was created. SLM process parameters were optimized for a thin walls printing, Subsequently, a fabrication of testing parts was finished for measuring pressure drops and performances of micro heat exchangers. Results were used for an accuracy improvement of the analytical model and for consequent optimization of heat exchange surface. Afterwards optimization was executed for inlets and outlets by using flow simulations. A prototype was built and verified on a test stand. Performance of the designed oil cooler is 4.5 kW for race mode, where temperature drop of oil circuit is 22 °C. The lightweight design weighs 320 g, which reduces more than 47 % of a current oil-air cooler weight. Furthermore, a centre of gravity is decreased by designed placement of the cooler.
Description
Citation
BŘEZINA, J. Návrh aditivně vyráběného tepelného výměníku olej-voda pro formuli student [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2019.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Konstrukční inženýrství
Comittee
prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Ivan Mazůrek, CSc. (místopředseda)
doc. Ing. David Paloušek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Maňas, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Čermák, Ph.D., MBA (člen)
prof. RNDr. Matej Daniel, Ph.D. (člen)
Ing. Kateřina Dočekalová, Ph.D. (člen)
Ing. Bronislav Růžička, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Koiš (člen)
doc. Ing. Jan Vimmr, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2019-06-18
Defence
Student prezentoval výsledky své diplomové práce a zodpověděl otázky oponenta.
Otázky oponenta:
1. Jedním z klíčových parametrů výběru materiálu chladiče byla tepelná vodivost materiálu, jak je tato fyzikální veličina charakterizována a co vyjadřuje tepelná kapacita materiálu? ZODPOVĚZENO.
2. Je povoleno vyplavování kovových částic nalepených po 3D tisku na vnitřní stěně chladiče do olejového oběhu? Co to může být mít za následek? Dá se vyplavování kovových částic do oběhu zabránit? ZODPOVĚZENO.
3. Jak ovlivňuje hodnotu Reynoldsova čísla povrchová drsnost vnitřní stěny vytisknutého chladiče? ZODPOVĚZENO.
Otázky členů komise k DP:
4. Ing. Čermák: Co je to mezní vrstva? ZODPOVĚZENO. Jak je to s mezní vrstvou při přechodu z laminárního do turbulentního proudění? ZODPOVĚZENO. Které proudění je lepší pro přenos tepla? ZODPOVĚZENO. Existuje něco jako laminární vír? ZODPOVĚZENO.
5. doc. Mazůrek: Jak je na vozidle uspořádaná olejová soustava? ZODPOVĚZENO. Jaké je pořadí komponent, kterým prochází olej? ČÁSTEČNĚ ZODPOVĚZENO. Jaký je pracovní tlak chladiče? ZODPOVĚZENO.
6. Ing. Růžička: Jak hodnotíte dosažené parametry chladiče? ZODPOVĚZENO.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení