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看GE通过3D打印重新定义热交换器?

2019-2-25 8:42:50 点击:

    GE开发了新型的热交换器,这种热交换器是通过3D打印-增材制造方式来制造的。该热交换器包括多个增材制造方法,使流体通道尺寸较小,具有较薄的壁而形成的流体通路,以及具有错综复杂的形状,这些热交换器使用先前传统的制造方法无法制造出来。

 更薄

带来更高的效益

     传统的热交换器包括大量的流体通道,每个流体通道使用板、棒、箔、翅片、歧管等的一些组合形成。这些部件中的每一个必须单独定位,定向并连接到支撑结构,例如,通过钎焊、焊接或其他连接方法。

      例如,用于燃气涡轮发动机的一个特定热交换器包括250个部件,这些部件必须组装成单个不透流体的部件。与这种热交换器的组装相关的制造时间和成本非常高并且流体通道之间或来自热交换器的流体具有泄漏的可能性,这种可能性通常由于形成的接头的数量而增加。另外,传统制造工艺还限制了热交换器中的热交换特征的数量,尺寸和配置。

       GE通过3D打印重新定义了热交换器。例如,流体通道可以是曲线的,并且可以包括小于0.25mm厚的热交换翅片,并且形成为每厘米多于十二个热交换翅片的翅片密度。另外,热交换翅片可以相对于流体通道的壁成角度,并且相邻的翅片可以相对于彼此偏移。 这种热交换结构可以类似地用于汽车,航空,海事和其他工业中,以帮助流体之间的热传递。


图片来源:US10175003B2_additive manufacturing heat exchanger_GE


       3D打印技术允许整体制造非常薄的翅片,例如具有介于约0.10mm和5.08mm之间厚度的翅片。制造极薄翅片的能力也使得能够制造热交换器具有非常大的热交换特征密度。热交换器可以包括薄壁(小于0.76mm),窄通道和新颖的热交换特征。所有这些特征可能十分复杂,以最大化热传递效果,并使热交换器的尺寸或占地面积最小化。此外,增材制造工艺使得能够制造具有不同材料,特定传热系数或所需表面纹理的结构,可以增强或限制通过通道的流体流动。

更复杂

意味着更高效

        热交换器的外部轮廓可以是正方形、圆形、曲线形或任何其他合适的形状,以紧密地配合到燃气涡轮发动机中的空间中,或者是更符合空气动力学。另外,热交换器内的流体供应通道可以是任何合适的尺寸或构造,并且可以包括独特的轮廓,更薄的壁,更小的通道高度,以及更复杂的热交换特征。利用增材制造工艺,可以通过表面光洁度和通道尺寸以改善通过通道的流体流动,改善通道内的热传递等。

        例如,可以通过以下方式调整表面光洁度(例如,使其更光滑或更粗糙)。在增材制造过程中选择合适的激光参数,可以通过增加激光扫描速度或粉末层的厚度来实现更粗糙的光洁度,并且可以通过降低激光扫描速度或粉末层的厚度来实现更光滑的光洁度。还可以改变扫描图案和/或激光功率以改变所选区域中的表面光洁度。

       值得注意的是,更光滑的表面可以促进更快的流体流过热交换器通道,而较粗糙的表面可以促进流体的湍流和增加的热传递。

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