3D列印熱交換器顛覆傳統設計，效能提升50%

全球數以億計的熱交換器正在運作中，這些負責在流體間傳遞熱能的裝置無所不在。從空調系統、冰箱、汽車、船舶、飛機，到廢水處理廠、手機、資料中心乃至石油精煉廠，處處可見它們的身影。

伊利諾大學香檳分校的Bill King教授與Nenad Miljkovic教授團隊，日前在《國際熱傳與質傳期刊》發表突破性研究。他們運用3D列印技術（又稱積層製造），打造出效能大幅超越傳統設計的熱交換器。

「熱交換器的機械結構設計數十年來幾乎沒有改變，」擔任機械科學與工程系Ralph A. Andersen講座教授的King指出：「現在的熱交換器與30年前的樣貌幾乎完全相同。創新停滯的主因在於製造技術的限制。」

理想的熱交換器需要精密設計三維結構，以平衡三大關鍵因素：熱傳效率、所需作功量與裝置體積。但傳統製造方法使許多最佳化設計難以實現。「若能突破形狀限制，現有技術可能根本不會採用這些結構，」King解釋道。

積層製造技術徹底打破這個僵局。「我們能創造幾乎無限種傳統技術無法實現的複雜3D幾何結構，」King興奮地說：「透過結合促進流體運動的大通道與強化熱傳的小通道，我們能設計出讓流體以非傳統方式混合與流動的創新結構。」

在與美國海軍合作的專案中，團隊成功開發出雙相態3D列印熱交換器。這種裝置能讓製冷劑以氣態進入，冷卻後以液態排出，同時將熱能傳遞給流經的冷卻水。測試結果顯示，這種具備複雜3D結構的設計，在相同功耗下效能比傳統產品高出30%至50%。

共同主持人Miljkovic教授強調：「提升雙相態熱交換器效能對未來節能系統至關重要。積層製造不僅提高體積與重量功率密度，更實現輕量化與微型化，讓汽車、船舶、飛機等移動載具也能整合高功率裝置，這是現有技術無法達成的突破。」

研究過程中，團隊開發出先進建模與模擬工具，能虛擬測試上萬種不同尺寸、形狀與流動方式的配置組合。這些工具讓他們能充分探索積層製造帶來的龐大設計可能性。目前團隊正持續擴充套件建模能力，以開發更多創新設計。

這項研究獲得專注能源效率技術的Creative Thermal Solutions與TauMat兩家企業共同參與，展現產學合作的強大動能。

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