摘要：团队工程师创建了一种曲折的高温热交换器，在热传递，功率密度和有效性方面优于传统的直道设计，并使用创新技术来3D打印和测试金属概念证明。...

通过结合拓扑优化和添加剂制造，威斯康星大学麦迪逊分校工程师团队创建了一个曲折的高温热交换器，在热传递，功率密度和有效性方面表现出了传统的直道设计。

他们使用创新的技术进行了3D打印，并测试了金属概念证明。

高温热交换器是许多用于散热的技术的重要组成部分，并在航空航天，发电，工业过程和航空中应用。

UW-Madison机械工程学教授西安说：“传统上，热交换器通过直管流动热流体和冷液，主要是因为易于制造。” “但是直管不一定是在冷热和冷液之间传递热量的最佳几何形状。”

添加剂制造使研究人员能够创建具有复杂几何形状的结构，这些结构可以产生更有效的热交换器。鉴于这种设计自由，Qian着手发现热交换器内部热和冷液通道的设计，该通道将最大化传热。

他利用了拓扑优化方面的专业知识，这是一种计算设计方法，用于研究结构中材料的分布，以实现某些设计目标。他还纳入了一种专利技术，称为投影底切外周，该技术考虑了整体设计的制造性约束。

Qian凭借了优化的设计，与UW-Madison材料科学与工程学教授Dan Thoma合作，他使用称为Laser Powder Fusefusion的金属添加剂制造技术领导了热交换器的3D打印。

从外部开始，优化的热交换器看起来与具有直流设计的传统版本相同 - 但是它们的内部核心设计截然不同。优化的设计具有具有复杂的几何形状和复杂表面特征的交织在一起的冷热流体通道。这些复杂的几何特征在扭曲路径中引导流体流动，从而增强了传热。

UW-Madison机械工程学教授Mark Anderson对优化的热交换器和传统的热交换器进行了热水测试，以比较其性能。优化的设计不仅在转移热量方面更有效，而且比传统热交换器的功率密度高27％。更高的功率密度使热交换器变得更轻，更紧凑 - 航空航天和航空应用的有用属性。

该团队在2025年2月19日发表的一篇论文中详细介绍了其结果国际热与传播杂志。

虽然先前的研究已使用拓扑优化来研究两流体热交换器设计，但Qian说，这项工作是首次利用拓扑优化的工作和施加可制造性约束，以确保可以构建和测试设计。

Qian说：“在计算机上优化设计是一回事，但是实际制作和测试是非常不同的事情。” “令人兴奋的是，我们的优化方法能够实际生产我们的热交换器设计。通过实验测试，我们证明了我们优化设计的性能提高。学生，博士后研究人员和三个研究小组的科学家的出色工作使这一进步使得这一进步使得。”

Sicheng Sun是Qian研究小组的最新博士毕业生，是国际热与传播杂志纸。其他合着者包括来自UW-Madison的Tiago Augusto Moreira，Behzad Rankouhi，Xinyi Yu和Ian Jentz。

研究人员通过威斯康星州校友研究基金会为预计的底切底技术申请了专利。

这项工作得到了ARPA-E Grant De-Ar0001475和国家科学基金会的资助1941206。