伊利諾伊州香檳市——伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究人員正在展示下一代能源技術(shù)，他們正在使用拓?fù)鋬?yōu)化和金屬 3D 打印來(lái)設(shè)計(jì)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(yùn)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(zhì)傳遞到另一種介質(zhì)。
幾十年來(lái)，熱交換器設(shè)計(jì)一直保持相對(duì)不變。3D 打印的最新進(jìn)展允許生產(chǎn)以前認(rèn)為不可能的 3D 交換器設(shè)計(jì)。這些新的創(chuàng)新設(shè)計(jì)的運(yùn)行效率更高，但需要特定的軟件工具和設(shè)計(jì)方法來(lái)制造高性能設(shè)備。
Grainger 工程學(xué)院的研究人員認(rèn)識(shí)到需要解鎖新的高性能換熱器，開(kāi)發(fā)了支持新 3D 換熱器設(shè)計(jì)的軟件工具。
“我們開(kāi)發(fā)了形狀優(yōu)化軟件來(lái)設(shè)計(jì)高性能換熱器，”格蘭杰工程學(xué)院機(jī)械科學(xué)與工程教授兼聯(lián)合研究負(fù)責(zé)人威廉金說(shuō)。“該軟件使我們能夠識(shí)別與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)明顯不同且更好的 3D 設(shè)計(jì)。”
該團(tuán)隊(duì)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(shè)計(jì)了管內(nèi)部的翅片(僅使用金屬 3D 打印成為可能)。
“我們?cè)O(shè)計(jì)、制造和測(cè)試了一種優(yōu)化的管中管換熱器，”機(jī)械科學(xué)與工程副教授兼聯(lián)合研究負(fù)責(zé)人 Nenad Miljkovic 說(shuō)。“我們優(yōu)化的熱交換器的體積功率密度比當(dāng)前最先進(jìn)的商用管中管設(shè)備高出約 20 倍。”
隨著當(dāng)今世界范圍內(nèi)使用了數(shù)十億個(gè)熱交換器，并且越來(lái)越關(guān)注我們減少化石燃料消耗的需求，因此對(duì)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(zhì)量顯著影響性能、范圍和成本的行業(yè)中。
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