为了展示下一代能源技术，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员正在使用拓扑优化和金属 3D 打印来设计超紧凑、高功率的热交换器。
 

用于大多数主要行业——包括能源、水、制造、运输、建筑、电子、化工、石化、农业和航空航天——热交换器将热能从一种介质传递到另一种介质。

 
几十年来，热交换器设计一直保持相对不变。3D 打印的最新进展允许生产以前认为不可能的 3D 交换器设计。这些新的创新设计的运行效率更高，但需要特定的软件工具和设计方法来制造高性能设备。Grainger 工程学院的研究人员认识到需要解锁新的高性能换热器，因此开发了支持新 3D 换热器设计的软件工具。有关更多信息，请参阅 IDTechEx 报告3D 打印软件 2018-2028：技术和市场分析。
 
“我们开发了形状优化软件来设计高性能热交换器，”格兰杰工程学院机械科学与工程教授兼联合研究负责人威廉金说。“该软件使我们能够识别与传统设计明显不同且更好的 3D 设计。”
 
该团队首先研究了一种称为管中管换热器的换热器——其中一根管嵌套在另一根管内。管中管换热器通常用于饮用水和建筑能源系统。使用形状优化软件和增材制造的组合，研究人员设计了管内部的翅片（仅使用金属 3D 打印成为可能）。
 
“我们设计、制造和测试了一种优化的管中管换热器，”机械科学与工程副教授兼联合研究负责人 Nenad Miljkovic 说。“我们优化的热交换器的体积功率密度比目前最先进的商用管中管装置高出约 20 倍。”
 
随着当今世界范围内使用了数十亿个热交换器，并且越来越关注我们减少化石燃料消耗的需求，因此对紧凑型高效热交换器的需求不断增加，特别是在热交换器尺寸和质量显着影响性能、范围和成本的行业中。