В Университете Висконсин-Мэдисон инженеры разработали теплообменник с замысловатой внутренней структурой каналов, демонстрирующий улучшенные характеристики по сравнению с традиционными аналогами. Применяя топологическую оптимизацию, группа исследователей создала витиеватые траектории для потока жидкости, что привело к увеличению эффективности теплообмена. Для создания этого инновационного дизайна была использована технология лазерной порошковой плавки, представляющая собой метод 3D-печати металлами.

"В традиционных теплообменниках горячая и холодная жидкости обычно проходят по прямым трубам, в основном из-за простоты их изготовления", - объясняет Сяопин Цянь, профессор машиностроения в Университете Висконсин-Мэдисон. "Однако прямые трубы не всегда обеспечивают оптимальную геометрию для эффективной передачи тепла между двумя жидкостями".

Испытания показали, что оптимизированная конструкция обеспечивает на 27% более высокую удельную мощность по сравнению с обычными конструкциями с прямыми каналами. Это улучшение позволяет создавать более компактные и легкие теплообменники, что особенно важно для аэрокосмической и авиационной отраслей. Результаты исследования были опубликованы в выпуске Международного журнала тепло- и массообмена от 1 июня 2025 года.

Уникальность этого исследования заключается в успешном сочетании компьютерного проектирования и реального производства. Команда внедрила запатентованную технологию, известную как "прогнозируемый поднутренный периметр", которая позволяет создавать сложные геометрические формы. Профессор Цянь подчеркнул практическую значимость разработки: "Оптимизация проекта на компьютере - это одно, но изготовить и протестировать его - совсем другое".

Высокотемпературные теплообменники играют ключевую роль во многих технологиях, включая аэрокосмическую отрасль, производство энергии и промышленные процессы. Эта работа демонстрирует потенциал аддитивного производства для создания более эффективных конструкций, которые ранее были невозможны с использованием традиционных методов.

Источник