威斯康星大学工程师利用3D打印技术开发增强型热交换器

威斯康星大学麦迪逊分校的工程师们发明了一种具有复杂内部通道的热交换器，其性能远超传统设计。该团队利用拓扑优化技术开发了扭曲的流体通道，从而提高了传热效率。随后，他们利用激光粉末床熔融（一种金属3D打印技术）制造了这种创新设计。

拓扑优化的热交换器芯体单元渲染图。优化设计包含具有复杂几何形状和表面特征的冷热流体通道。（图片来源：钱小平）

“传统上，热交换器通过直管来输送热流体和冷流体，主要是因为直管易于制造，”威斯康星大学麦迪逊分校机械工程教授钱小平说道，“但直管并不一定是冷热流体之间传热的最佳几何形状。”

测试表明，与传统的直通道设计相比，优化设计的功率密度提高了27%。这一改进使得热交换器更加紧凑、轻便，在航空航天应用中尤为重要。该团队的研究成果发表在2025年6月1日出版的《国际传热传质杂志》上。

这项研究之所以脱颖而出，是因为它成功地将计算设计与实际制造连接起来。该团队实施了一项名为“投影底切周长”的专利技术，确保复杂设计仍然可制造。钱教授强调了这一实践重点：“在计算机上优化设计是一回事，但实际制造和测试又是另一回事。”

高温热交换器是航空航天、发电和工业流程等诸多技术领域的关键部件。这项研究展示了增材制造如何实现更高效的设计，而这些设计此前是传统制造方法无法实现的。

来源：engineering.wisc.edu