Mindsket CO2-udledning gennem matematisk beregnet design

• Af:
  
• John Nyberg

Termisk topologioptimering er kort sagt en designmetode, der baserer sig på matematisk modellering. Matematikken beregner termiske belastninger - for eksempel varmeoverførsel, køling og flow - og så flytter matematikken i designprocessen materialet derhen, hvor det afhjælper problemet bedst muligt. Nogle kender måske topologioptimering, hvor man beregner, hvordan materialet i et emne skal placeres, for det bedst muligt kan holde en styrkebelastning. Termisk topologioptimering, også kaldt TTO, er det samme - blot for varme.

"Et eksempel kunne være en CPU-køler. Effektiviteten af køleren afhænger af evnen til at transportere varmen fra chippen ud til kølemediet - det kunne eksempelvis være med vand. Her skal man have så meget materiale som muligt til at transportere varmen, og jo mere og hurtigere varmen bliver flyttet, desto bedre er det. Det er samtidig vigtigt, at varmen kan blive afgivet til kølemediet. For at det kan lade sig gøre, kræver det et godt flow forbi køleren, at flowhastigheden er høj med stor omrøring, så der ikke dannes grænselag, og at så meget varme som muligt bliver overført fra køleren til kølemediet," fortæller sektionsleder Nikolaj Vedel-Smith, Teknologisk Institut, der er projektleder i Easy-E-projektet.

Her opstår der på samme tid modstridende elementer: Mere materiale til at transportere varmen fra chippen til kølemediet og mindre materiale for at sikre bedre flow og større kapacitet til at transportere varmen bort. Det er her optimeringen kommer ind i billedet. For at kunne finde frem til den optimale fordeling mellem materiale og ikke-materiale, handler topologien om geometrien af emnet. For at opnå det bedst mulige design til et emne, må man finde den rette fordeling og placering af materialet. Dét, at optimere på mange forskellige parametre er komplekst, og her er computeren en stor hjælp.

"Målet for Easy-E projektet er, at termisk topologioptimering bliver en service, som du kan logge på online. Her skal du kunne specificere nogle kriterier til dit design og vælge, hvilken produktionsmetode du vil arbejde inden for. Derefter får du præsenteret en række forskellige løsninger, hvor du selv kan rette lidt på parametrene. Så du er også selv inde over processen og kan sikre, at det hele passer til dine produktionskrav. Tilmed får du et ret godt estimat af, hvor meget du kan spare," lyder det fra Nikolaj Vedel-Smith.

På nuværende tidspunkt er dette ikke muligt. Topologioptimering kan i dag give matematisk optimale løsninger – men de løsninger tager ikke nødvendigvis højde for, hvordan et emne konkret kan eller skal fremstilles.

"Easy-E fokuserer på at få forbedringer ud i industrien hurtigst muligt, og i projektet udvikler vi TTO-modeller og software, der kan arbejde med produktionsbegrænsninger. I det store billede er det nemlig en langt større gevinst for klimaet at få 5 procent forbedring på 1.000.000 produkter fremfor 100 procent forbedring på 100 produkter. Derfor er en intelligent afgrænsning af løsningrummet faktisk en nøgle til succes for projektet," siger Nikolaj Vedel-Smith.

De første prototyper er allerede fremstillet ved hjælp af metal 3D-print, og i løbet af efteråret laves den første interne beta-test af slutsoftwaren. Målet er at skabe et simpelt men kraftfuldt værktøj, som kan bruges af udviklere og ingeniører på tværs af industrien. På den måde bliver energioptimering let – eller som man siger i projektet: Easy-Energy Savings.