Tal i com es va avançar a la primera part d’aquesta sèrie d’articles titulada Desenvolupament d’un nou model d’optimització topològica per millorar l’eficiència de components per fusió nuclear, la gran densitat d’energia del feix de l’accelerador IFMIF DONES provoca que els components sotmesos a aquest treballin en condicions critiques, especialment a nivell de temperatures, i , d’aquesta manera, és necessari que aquests components continguin un circuit de refrigeració integrat.

En l’anterior article titulat Avanços en el desenvolupament del nou model d’optimització topològica per al disseny de components refrigerats subjectes al feix d’energia de l’accelerador IFMIF DONES, es parlava del desenvolupament d’un nou mètode d’optimització topològica per al disseny del circuit de refrigeració d’aquest tipus de components, considerant la dinàmica de fluids i la transferència de calor, però es pot anar un pas més enllà i incloure estructures de tipus lattice embegudes al circuit per maximitzar la transferència de calor.

Una estructura lattice és una construcció basada en una sèrie de punts disposats en un patró. A la Figura 1 es mostren alguns exemples de diferents estructures lattice.

Figura 1 Exemples de diferents estructures lattice

 

Aquestes estructures lattice ofereixen possibilitats molt interessants per a l’intercanvi de calor, ja que obren una doble via per la dissipació de calor. Per una banda la calor es transporta des de placa escalfada a través de la part sòlida de l’estructura lattice per conducció, i alhora també es dissipa pel flux de refrigerant que circula a través dels porus. La combinació d’una conducció tèrmica eficient a les parts sòlides de l’estructura i una baixa resistència al flux a través dels canals de porus dona com a resultat un intercanvi de calor molt eficient.

D’aquesta manera, s’ha estudiat l’efecte d’introduir aquestes estructures localment en el circuit de refrigeració optimitzat de l’article anterior, per maximitzar la dissipació de calor. A la Figura 2 es mostren els resultats de temperatura, on s’aconsegueix una reducció del 19% respecte el circuit sense lattice (i una reducció del 51% respecte el circuit sense optimitzar).

Figura 2 Addició d’estructures lattice al circuit de refrigeració optimitzat

 

Així doncs, es demostra l’eficàcia d’aquestes estructures lattice com a dissipadors de calor. No obstant, seria necessari un estudi més en profunditat per trobar els paràmetres de disseny de lattice òptims, en termes de porositat, permeabilitat, fabricabilitat, material, etc. per un determinat component, per exemple, aplicat a peces refrigerades de IFMIF-DONES.

El projecte FusionCAT amb número d’expedient 001-P-001722 ha estat cofinançat en un 50% amb 1.960.963,66€ pel Fons Europeu de Desenvolupament Regional de la Unió Europea en el marc del Programa Operatiu FEDER de Catalunya 2014-2020, amb el suport de la Generalitat de Catalunya.