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3D打印技术助力热交换器效率提升

时间:2020-06-14 20:28 来源:3D科学谷 作者:中国3D打印网 阅读:
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       热交换器或热交换设备是用来使热量从热流体传递到冷流体,以满足规定工艺要求的装置,是对流传热及热传导的一种工业应用。热交换器不仅能提高设备运行效率、延长设备使用寿命、还能提高能源利用率、保障设备的安全,因此广泛应用于航空航天、汽车、电子设备、工业设备领域。

block 热交换的形式

1.被动式(通常为散热):

通过散热结构,利用空气作为介质进行热交换。

2.主动式(散热/加热/冷却),如:

  • 热交换器
    设备外挂,主动使用流动的空气作为介质进行热交换。
  • 冷却板/加热板
    设备外挂,通过介质对设备工作环境中的气氛进行加热或冷却。
  • 介质通道
    附着在需热管理的零件中,通过介质对零件本体进行加热或冷却。

block 传统热交换器的制造痛点

传统热交换器是由翅片及盖板组成的方型结构。其体积和重量较大,制造过程比较繁琐且热交换率有待提升;

传统制造方式有限,只能实现简单的介质通道形态/路径。较为复杂的通道容易造成介质流动阻力增大和流动死区的现象,导致热交换率大幅降低。

而热交换器在传统制造方式上的这些阻碍用3D打印/增材制造技术可以得到有效解决。

block 3D打印/增材制造技术的优势

关键热交换结构不再局限于翅片形态,工作区域的形态也可以由简单的方型变成配合设备/零件的包裹型结构;零部件可一体成型而无需大量的焊接工艺,且整体结构更为轻便。

介质通道可以伴随零部件一体成型,具备路径复杂、接触面大、热交换率高等优势。

block 典型应用案例

I  用于纺织机械的加热板

Oerlikon_Heat_1

欧瑞康增材制造解决方案:

  • 材料: AlSi10Mg
    该材料具有良好的导热性能、较好的力学性能和轻量化特性;
  • 设计:DFAM(面向增材的设计)
    在设计上结合了需求和增材制造工艺的特性,不仅易于成型,更具有优秀的导热能力;
  • 工艺:LPBF(激光粉床熔化工艺)
    尺寸精度高,力学性能好、工艺稳定;

Oerlikon_Heat_2加热板剖面图

Oerlikon_Heat_3加热板流道结构

效果:

  1. 产品性能优异:流道截面小,表面积大
  2. 实现了传统工艺无法成型或因成本过高望而却步的设计
  3. 单件制作周期短
  4. 工艺链简单

Oerlikon_Heat_4加热板3D打印实物

I 用于赛车的电池冷却板

Oerlikon_Heat_5

欧瑞康增材制造解决方案:

  • 为热交换和流量的优化进行了CFD仿真
  • 拓扑优化结构
  • 该双螺旋内部结构无法利用传统机加工只能用增材制造成型

效果:

  1. 传热效率是管道结构的3.75倍,具有优异的冷却性能
  2. 压力损失是管道结构的1/12
  3. 与传统解决方案相比,在提升性能的同时减少了零件数量,减轻了部件总体重量

来源:欧瑞康美科表面技术

(责任编辑:中国3D打印网)

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