Теплообменники, основанные на прямых трубах, демонстрируют ограниченную производительность в условиях, приближенных к экстремальным. Их конструкция, обусловленная технологичностью производства, снижает эффективность теплопередачи. Команда инженеров из США представила радикальную альтернативу: изогнутый металлический теплообменник, изготовленный с помощью 3D-печати. Данная конструкция демонстрирует существенно более высокую производительность, обеспечивая на 27% увеличение удельной мощности по сравнению с традиционными моделями.
Инновация команды сочетает передовые вычислительные методы проектирования с аддитивным производством металлических изделий для создания сложной внутренней геометрии, недоступной при использовании традиционных методов механической обработки. Разработка может стать поворотным моментом в развитии систем теплообмена, используемых в аэрокосмической отрасли и высокопроизводительных секторах. Исследователи применили метод топологической оптимизации, вычислительный инструмент для определения оптимального расположения материалов для выполнения заданной функции, с целью модификации внутренних каналов для жидкости.
Внешне новый теплообменник напоминает традиционную модель. Однако внутри его каналы направляют горячую и холодную жидкости по лабиринту переплетающихся путей. Эти особенности значительно повышают эффективность теплопередачи. Для проверки эффективности конструкции были проведены тепловые и гидравлические испытания. Результаты показали, что новая модель не только более эффективна, но и обладает на 27% более высокой плотностью мощности. Такой прирост производительности делает конструкцию привлекательной для областей применения, где важны пространство и вес, таких как авиация и космические полеты.
А новый материал эффективно преобразует солнечный свет в тепло.
