伊利諾伊州香檳市——伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的研究人員正在展示下一代能源技術，他們正在使用拓撲優(yōu)化和金屬 3D 打印來設計超緊湊、高功率的熱交換器。
用于大多數(shù)主要行業(yè)——包括能源、水、制造、運輸、建筑、電子、化工、石化、農(nóng)業(yè)和航空航天——熱交換器將熱能從一種介質傳遞到另一種介質。
幾十年來，熱交換器設計一直保持相對不變。3D 打印的最新進展允許生產(chǎn)以前認為不可能的 3D 交換器設計。這些新的創(chuàng)新設計的運行效率更高，但需要特定的軟件工具和設計方法來制造高性能設備。
Grainger 工程學院的研究人員認識到需要解鎖新的高性能換熱器，開發(fā)了支持新 3D 換熱器設計的軟件工具。
“我們開發(fā)了形狀優(yōu)化軟件來設計高性能換熱器，”格蘭杰工程學院機械科學與工程教授兼聯(lián)合研究負責人威廉金說。“該軟件使我們能夠識別與傳統(tǒng)設計明顯不同且更好的 3D 設計。”
該團隊首先研究了一種稱為管中管換熱器的換熱器——其中一根管嵌套在另一根管內(nèi)。管中管換熱器通常用于飲用水和建筑能源系統(tǒng)。使用形狀優(yōu)化軟件和增材制造的組合，研究人員設計了管內(nèi)部的翅片(僅使用金屬 3D 打印成為可能)。
“我們設計、制造和測試了一種優(yōu)化的管中管換熱器，”機械科學與工程副教授兼聯(lián)合研究負責人 Nenad Miljkovic 說。“我們優(yōu)化的熱交換器的體積功率密度比當前最先進的商用管中管設備高出約 20 倍。”
隨著當今世界范圍內(nèi)使用了數(shù)十億個熱交換器，并且越來越關注我們減少化石燃料消耗的需求，因此對緊湊型高效熱交換器的需求不斷增加，特別是在熱交換器尺寸和質量顯著影響性能、范圍和成本的行業(yè)中。
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