研究人員利用3D打印優化熱交換器

魔猴君  科技前沿   50天前

全球有數十億臺熱交換器正在使用中。這些旨在在不同流體之間傳遞熱量的設備在許多多樣化和普遍的應用中發揮著關鍵作用。它們存在于各種各樣的系統中，從供暖、通風和空調系統，到冰箱、汽車、輪船和飛機。此外，這些交換器也存在于日常物品中，例如手機、數據中心、甚至煉油廠。

根據伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校最近進行的研究，由Bill King和Nenad Miljkovic領導的團隊及其同事正在徹底改變熱交換器的設計。由于3D打印的使用，這項工作將有可能提高這些設備的效率和性能。讓我們仔細看看這項技術進步的各個方面。

左邊是機械科學與工程、電氣工程和材料科學系教授兼拉爾夫·安德森主席比爾·金(Bill King)。右邊為機械科學與工程及電氣工程教授Nenad Miljkovic。

熱交換器3D打印

該項目首席教授、伊利諾伊大學比爾·金表示，熱交換器的發展已經停滯了幾十年。他指出，從設計和機械結構來看，這些設備與30年前開發的設備幾乎完全相同。熱交換器的設計基于三個基本標準之間的平衡：熱效率、傳遞熱量所需的努力以及設備的尺寸。然而，傳統制造工藝由于其局限性而無法充分利用這些標準，從而阻礙了實現最佳形狀和結構。Bill King解釋道：“如果你可以擁有任何形狀，它可能就不是現有熱交換器技術所代表的形狀。”

“得益于增材制造技術，我們可以設計出各種形狀，甚至是傳統制造方法無法實現的無限復雜的配置。這使我們能夠開發復雜的三維幾何形狀，其中大通道促進流體循環，而小通道則經過優化以實現更高效的熱傳遞。”簡而言之，這項技術為創新設計開辟了道路，允許以新的方式操縱和優化流體流動。該團隊開發了一種3D打印雙相熱交換器。該系統允許制冷劑從蒸汽變成液體，同時將其熱量傳遞給冷卻水。由于其復雜的3D幾何形狀，與同等功率的傳統設計相比，該交換器可將熱傳遞率提高30%至50%。

創造更高效的兩相熱交換器對于開發更高效的能源系統至關重要。通過3D打印，可以提高功率密度，同時減少設備的質量和體積。

編譯整理：3dnatives