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  • 美科学家研发新型测算平台 可仿制人体热管理方法系统使汽车当然冷却-火狐体育

    浏览次数:发布时间:2020-02-25

    据外媒报导,人类复杂的静脉血管互联网能够让我们在炎热的夏季维持清凉,受此启发,工程师们造就出一种自主创新型热管理方法系统。但是,无论是从作用還是形式上,要想复制人类的循环系统系统都不是一件容易的事儿。近期,美国德雷塞尔大学(Drexel University)和北卡罗来纳州立大学(North Carolina State University)的一组研究人员创建了一个测算机程序流程,可能成为关键,可以在作用原材料中,仿真模拟人体经进化而获得优化的冷却系统。

    德雷塞尔大学工程学院博士兼助理专家教授Ahmad Najafi与协作者北卡罗来纳州立大学博士Jason Patrick概述了他们研发的测算技术性怎样加速设计方案3D打印碳纤维复合原材料,而此种复合原材料具备一个内部血管系统,可实现主动冷却作用。


    Najafi表达:“当你觉得热的时候,身感受向循环系统系统发送一个信号,向皮肤表层输送更多的血液,这就是我们有时我们脸会红的原因。这是一种当然散热的方式 ,效果十分好。因而,多年来,科学家和工程师们都在试图在机械冷却系统中复制此种方式 ,如避免汽车和测算机过热的机械冷却系统。”


    Najafi和Patrick的最新论文中描述了一个集成平台,以设计方案和创建仿生微血管复合原材料。


    研究出来的测算机程序流程在几分钟的时间内就造就了HyTopS,是hybrid topology/shape optimization(混合拓补/样子优化)的简称,能够产生一个简略的血管互联网,且具备理想化的样子、大小以及微血管遍布,可通过液体循环系统将原材料冷却。

    从电动汽车到新一代的飞机,随之特性持续在提升,产生的热量也更多了,因而目前都在研发微血管纤维复合原材料,以冷却所有部件。


    Patrick表达:“此类现代化原材料能够彻底转型一切,从超音速太空航空器到电动汽车中的电池组乃至是非常测算机冷却系统。随之速度的加快,输出的能量和测算功耗也在增加,大量热量的产生就需要新型冷却方式 。受生物体循环系统系统的启发,内部微血管系统出示了一种有效的方式 ,能够调整合成原材料的热量。”


    据Najafi 和Patrick所说,该行业的仿生研究只持续了10年上下,但是产生的結果十分具有前景。Najafi 和 Patrick是在伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois Urbana-Champaign)起头研发微血管原材料,以实现自愈、主动冷却等作用。


    他们近期的研究重点之一是让此种原材料替代通过水或空气传递热量的传统金属系统。尽管传统金属系统是一种可靠的处理计划方案,但是拥有窗式空调设备的人会了解,不一样的冷却系统可以给车辆和试图减轻重量的部件带来很大的改善。


    Najafi表达:“与现有的液冷和气冷系统对比,微血管复合原材料具有许多优势。起首,比现有的液冷或气冷系统轻得多,但是强度相当,也十分耐用(考虑到金属部件会遭受浸蚀的影响),假如把此类因素考虑在内,就会很容易搞清楚为什么航空航天、汽车和能源行业在寻求此类冷却系统。”

    为了测试此种优化方式 ,研究人员选用3D打印技术性设计方案并构建了一个微血管碳纤维复合原材料,并依据之前的研究参考设计方案测试了其冷却工作能力。在将碳复合原材料加热至最高温度后,类似于汽车中的液体冷却剂被输入到每一个血管互联网中,以起头冷却。


    经HyTopS优化后的碳复合原材料不但温度更低,并且表层温度遍布更均匀,比参考设计方案的冷却速度更快。


    除了让经优化后的原材料的特性更优异之外,HyTopS方式 的优势还在于,其能够全自动测算出血管通道的直径和排序方法,以及它们之间的连接方法,还考虑到被冷却系统的原材料构成和整体的几何构造以及相对的传热特点。此外,该方式 还考虑了与制造过程相关的参数,最终设计方案出一个现实的微血管原材料,能够通过3D打印或者其他制造方式 制成。


    Najafi表达:“要所有重现当然的微血管系统几乎是不能能的,但是我们的程序流程考虑到了大量的优化需求以及制造参数,能够确保真正实现设计方案。”


    该协同团队准备选用HyTopS方式 探寻微血管复合原材料其他有趣的方面,以及在构造力学和电磁学等跨学科方面的应用。


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