看3D打印如何助力逆流熱

幾十年來，熱交換器一直用于將熱能從一種流體傳遞到另一種流體。流體既可以是液體，也可以是氣體，或者一種可以是液體，另一種可以是氣體，例如空氣。熱交換器廣泛用于各種行業(yè)和應(yīng)用 – 從汽車散熱器到航空航天應(yīng)用，如引擎油冷卻和噴氣燃料預(yù)熱，再到發(fā)電和計(jì)算的各種應(yīng)用。而3D打印技術(shù)正以其獨(dú)特的工藝特點(diǎn)在改變熱交換器和散熱器的設(shè)計(jì)與制造方式。

替代釬焊，更隨形的管道制造

在約束流熱交換器中，根據(jù)兩種流體的流動(dòng)布置，有三種主要的熱交換器分類。在橫流式熱交換器中，熱流體和冷流體通過熱交換器大致彼此垂直地行進(jìn)。在平行流熱交換器中，兩種流體在同一端進(jìn)入熱交換器，并且彼此平行地行進(jìn)到另一端。在逆流熱交換器中，兩種流體從相對(duì)的兩端進(jìn)入熱交換器。

提高熱交換器效率的一種方法是增加流體流過的通道的數(shù)量，并減小通道的尺寸。對(duì)于給定的熱交換器長(zhǎng)度，小通道尺寸使得能夠?qū)崮軓臒崃黧w更完全地傳遞到冷流體。所以說熱交換器的設(shè)計(jì)本質(zhì)上是以行和列排列的立方體通道矩陣，其中行和列的數(shù)量為數(shù)百，在這種復(fù)雜的熱交換器結(jié)構(gòu)中，盡管逆流裝置的效率優(yōu)點(diǎn)是可取的，但直到現(xiàn)在制造這種設(shè)計(jì)充滿挑戰(zhàn)的。

3D打印技術(shù)能夠制造逆流熱交換器中的交替通道，而對(duì)于傳統(tǒng)制造技術(shù)來說這基本是不可能實(shí)現(xiàn)的。交替通道的逆流設(shè)計(jì)提供最大的熱交換器效率，這使得熱交換器的尺寸和質(zhì)量最小化，并且流體流速降低。

3D打印在散熱器的制造方面當(dāng)前主要存在幾種思路：一種是文中所提到的替代釬焊并結(jié)合相變材料的使用，一種是實(shí)現(xiàn)十分復(fù)雜的幾何形狀。實(shí)現(xiàn)十分復(fù)雜的幾何形狀方面例如雙曲線交叉纏繞的應(yīng)用，當(dāng)然更為典型的是點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。

可以說，在以增材思維為主導(dǎo)的正向設(shè)計(jì)方面，熱交換器和散熱器方面，正在發(fā)生產(chǎn)品設(shè)計(jì)層面上的不斷的創(chuàng)新，這些創(chuàng)新將以商業(yè)化實(shí)現(xiàn)的方式提高人類熱管理的效率和能力。