本创新技术介绍了一种新型复杂结构换热器及其增材制造工艺。该换热器采用半球形基底设计,具备空腔结构,底部设有冷水进口,顶部分布多个出水孔道。半球形基底上端与多个组件相连,实现高效热交换。
背景技术
换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现热量传递而不使流体混合的节能设备,能够使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体,使流体温度达到流程规定的指标,以满足工艺条件的需要,同时也是回收利用流体热能,提高能源利用率的主要设备之一。作为热力学第一定律的核心,热量传递一直是一种无处不在的挑战,热量传递的效率受换热器件的结构影响。传统的换热器结构设计多为单一的直线或弯曲孔道,虽然制造工艺相对简单,但其换热效率有限,难以满足高效换热和复杂工况下的需求。
自然界中的生物结构,尤其是白蚁巢穴,以其独特的多级分支结构实现高效的温度调节能力,为换热结构设计提供了理想模板。白蚁巢穴通过其外部弯曲小通道将外部吹入的热气流逐渐冷却,当气体达到中央的主通道时,温度已经显著降低。这种多级分支换热的结构显著提高了气流的冷却效率,同时保证了蚁窝结构的稳定性。
目前,传统换热器的制造方法难以精确构建如此复杂的微通道结构,通常依赖于焊接和螺栓连接,这极易导致结构的应力集中和疲劳破坏,影响使用寿命和可靠性。随着增材制造技术的发展,特别是激光粉末床熔融技术的出现,为复杂微通道结构的精确制造提供了新的可能性。该技术通过逐层打印的方式,能够在无需焊接或螺栓连接的情况下,一次成型复杂的三维结构,极大地提高了复杂结构的完整性和精度,因此有望用于制备具有复杂结构的仿生换热器件。
实现思路