Инженеры разработали техническое устройство, которое в 10 раз меньше обычного, но на 55% эффективнее, чем лидирующий на рынке аналог. Подробности разработки приведены в журнале Applied Thermal Engineering. Эффективность системы связана с кубической формой поверхности.

Теплообменник всасывает воду через сердечник, усеянный крошечными отверстиями. Сама микроконструкция изготовлена из простого фотополимера с использованием сложного 3D-принтера. Получившийся теплообменник представляет собой компактный куб размером 32,2 мм с каждой стороны и весом всего 8 г. Пористость — 80%.

Рентгеновская компьютерная томография подтвердила, что теплообменник не имеет дефектов.

Теплообменник, напечатанный с помощью 3D-принтера

Пропуская воду через устройство, исследователи смогли продемонстрировать изменения температуры, протекающей через него жидкости, с 10 до 20ºC. Скорость потока составила от 100 до 270 мм/мин.

Экспериментальные результаты показывают увеличение эффективности теплообменника на 55% по сравнению с термодинамически эквивалентным, наиболее эффективным противоточным теплообменником. При этом прототип составляет всего одну десятую от размера обычного устройства.

Структура теплообменника

Разработка проводилось международной группой ученых во главе с доктором Шанмугам Кумар из Университета Глазго.

«Возможность разработки меньших, более легких и эффективных теплообменников может помочь нам разработать холодильные системы, которые, например, требуют меньшей мощности, или высокопроизводительные двигатели, которые можно охлаждать более эффективно. Мы заинтересованы в дальнейшем развитии этой технологии с помощью будущих исследований», — считают ученые.

«Мы уже несколько лет работаем над поиском новых применений для этого типа микроархитектурных 3D-печатных решеток. Мы уже продемонстрировали, как их можно использовать для таких целей, как перерабатываемые высокопроизводительные батареи и разработка будущих “умных” медицинских устройств, таких как протезирование и брекеты, — уточнил доктор Кумар. — Эта последняя работа показывает, что мы можем использовать эти архитектуры гироидных решеток для создания материала с удивительно большим отношением площади поверхности к объему, который очень хорошо поддается теплообмену».