全球有數(shù)十億臺(tái)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(chē)、輪船和飛機(jī)。此外，這些交換器也存在于日常物品中，例如手機(jī)、數(shù)據(jù)中心、甚至煉油廠(chǎng)。

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

左邊是機(jī)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(jī)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(xiàng)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(jì)和機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)看，這些設(shè)備與30年前開(kāi)發(fā)的設(shè)備幾乎完全相同。熱交換器的設(shè)計(jì)基于三個(gè)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(wú)法充分利用這些標(biāo)準(zhǔn)，從而阻礙了實(shí)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。”

“得益于增材制造技術(shù)，我們可以設(shè)計(jì)出各種形狀，甚至是傳統(tǒng)制造方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的無(wú)限復(fù)雜的配置。這使我們能夠開(kāi)發(fā)復(fù)雜的三維幾何形狀，其中大通道促進(jìn)流體循環(huán)，而小通道則經(jīng)過(guò)優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)更高效的熱傳遞。”簡(jiǎn)而言之，這項(xiàng)技術(shù)為創(chuàng)新設(shè)計(jì)開(kāi)辟了道路，允許以新的方式操縱和優(yōu)化流體流動(dòng)。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)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(shí)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(jì)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(duì)于開(kāi)發(fā)更高效的能源系統(tǒng)至關(guān)重要。通過(guò)3D打印，可以提高功率密度，同時(shí)減少設(shè)備的質(zhì)量和體積。

編譯整理：3dnatives

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