Tal y como se avanzó en la primera parte de esta serie de artículos titulada Desarrollo de un nuevo modelo de optimización topológica para mejorar la eficiencia de componentes para fusión nuclear, la gran densidad de energía del haz del acelerador IFMIF DONES provoca que los componentes sometidos a este trabajen en condiciones críticas, especialmente a nivel de temperaturas, y, de esta manera, es necesario que estos componentes contengan un circuito de refrigeración integrado.

En el anterior artículo titulado Avances en el desarrollo del nuevo modelo de optimización topológica para el diseño de componentes refrigerados sujetos al haz de energía del acelerador IFMIF DONES, se hablaba del desarrollo de un nuevo método de optimización topológica para el diseño del circuito de refrigeración de este tipo de componentes, considerando la dinámica de fluidos y la transferencia de calor, pero se puede ir un paso más allá e incluir estructuras de tipo lattice embebidas en el circuito para maximizar la transferencia de calor.

Una estructura lattice es una construcción basada en una serie de puntos dispuestos en un patrón. En la Figura 1 se muestran algunos ejemplos de diferentes estructuras lattice.

Figura 1 Ejemplos de diferentes estructuras lattice

 

Estas estructuras lattice ofrecen posibilidades muy interesantes para el intercambio de calor, ya que abren una doble vía para la disipación de calor. Por un lado, el calor se transporta desde la placa calentada a través de la parte sólida de la estructura lattice por conducción, y a su vez, también se disipa por el flujo de refrigerante que circula a través de los poros. La combinación de una conducción térmica eficiente en las partes solidas de la estructura y una baja resistencia al flujo a través de los canales de los poros da como resultado un intercambio de calor muy eficiente.

De esta manera, se ha estudiado el efecto de introducir estas estructuras localmente en el circuito de refrigeración optimizado del artículo anterior, para maximizar la disipación de calor. En la Figura 2 se muestran los resultados de temperatura, donde se consigue una reducción del 19% respecto el circuito sin lattice (y una reducción del 51% respecto el circuito sin optimizar).

Figura 2 Adición de estructuras lattice al circuito de refrigeración optimizado

 

De esta forma se demuestra la eficacia de estas estructuras lattice como disipadores de calor. Sin embargo, sería necesario un estudio más en profundidad para encontrar los parámetros de diseño de lattice óptimos, en términos de porosidad, permeabilidad, fabricabilidad, material, etc. para un determinado componente, por ejemplo, aplicado a piezas refrigeradas de IFMIF-DONES.

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