全球有數(shù)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(shè)備在許多多樣化和普遍的應(yīng)用中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它們存在于各種各樣的系統(tǒng)中，從供暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)，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(shù)據(jù)中心、甚至煉油廠。

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

左邊是機械科學(xué)與工程、電氣工程和材料科學(xué)系教授兼拉爾夫·安德森主席比爾·金(Bill King)。右邊為機械科學(xué)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(xué)比爾·金表示，熱交換器的發(fā)展已經(jīng)停滯了幾十年。他指出，從設(shè)計和機械結(jié)構(gòu)來看，這些設(shè)備與30年前開發(fā)的設(shè)備幾乎完全相同。熱交換器的設(shè)計基于三個基本標(biāo)準(zhǔn)之間的平衡：熱效率、傳遞熱量所需的努力以及設(shè)備的尺寸。然而，傳統(tǒng)制造工藝由于其局限性而無法充分利用這些標(biāo)準(zhǔn)，從而阻礙了實現(xiàn)最佳形狀和結(jié)構(gòu)。Bill King解釋道：“如果你可以擁有任何形狀，它可能就不是現(xiàn)有熱交換器技術(shù)所代表的形狀?！?/span>

“得益于增材制造技術(shù)，我們可以設(shè)計出各種形狀，甚至是傳統(tǒng)制造方法無法實現(xiàn)的無限復(fù)雜的配置。這使我們能夠開發(fā)復(fù)雜的三維幾何形狀，其中大通道促進流體循環(huán)，而小通道則經(jīng)過優(yōu)化以實現(xiàn)更高效的熱傳遞?！焙喍灾@項技術(shù)為創(chuàng)新設(shè)計開辟了道路，允許以新的方式操縱和優(yōu)化流體流動。該團隊開發(fā)了一種3D打印雙相熱交換器。該系統(tǒng)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(fù)雜的3D幾何形狀，與同等功率的傳統(tǒng)設(shè)計相比，該交換器可將熱傳遞率提高30%至50%。

創(chuàng)造更高效的兩相熱交換器對于開發(fā)更高效的能源系統(tǒng)至關(guān)重要。通過3D打印，可以提高功率密度，同時減少設(shè)備的質(zhì)量和體積。

編譯整理：3dnatives