德雷克塞尔大学研究人员的项目是设计具有类人微血管系统的材料。

 

复杂的血管网络让我们在炎热的夏天保持凉爽，这激发了工程师们创造新的热管理系统。但是复制循环系统，无论是在形式上还是在功能上，都不是一件容易的事。最近，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计算平台，该平台可能是模仿人体进化优化冷却系统的关键。微脉管系统天富娱乐开户

 

在国际杂志上发表的一项研究中传热传质,艾哈迈德·纳杰菲,博士,德雷克塞尔大学的工程学教授,和他的合作者,教师詹森•帕特里克博士从北卡罗来纳州立大学,他们怎么计算技术开发报告可以快速生产设计的3 d打印碳纤维复合材料对主动冷却内部脉管系统优化

 

 

纳杰菲说:“当你变热时，身体会向循环系统发送一个信号，让更多的血液流向皮肤表面——这就是为什么我们有时会脸红。”“这是一种散热效果很好的自然方法，科学家和工程师多年来一直试图复制机械冷却系统，比如防止汽车和电脑过热的冷却系统。”

 

纳杰菲和帕特里克的最新论文描述了一个集成平台，可以设计和创造具有生物灵感的微血管复合材料。

 

微血管冷却材料的设计

 

德雷塞尔大学的研究人员开发了一个程序，该程序优化材料的微血管结构，可用于冷却计算机和汽车等发热技术。信贷:德雷塞尔大学天富娱乐开户

 

在几分钟内,他们的计算机程序,创造了HyTopS,简称混合拓扑/形状优化,可以产生一个示意性的血管网络理想的形状,大小和分布micro-vessels积极通过液体循环冷却材料——这样一个小花招,把大自然多一些进化周期完美。

 

 

微血管纤维复合材料目前正被开发用于冷却从电动汽车到下一代飞机的一切东西，在这些东西上，越来越高的性能提高了它们产生的热量。

 

“这些现代材料可以彻底改变一切，从超音速太空飞行器到电动汽车的电池包装，甚至超级计算机冷却系统。”随着物体移动速度的加快，能量输出和计算能力的不断提高，产生了大量的热量，这就需要新的冷却方法。”帕特里克说。“受到生物体循环系统的启发，内部微脉管系统为合成材料的热调节提供了一种有效的手段。”

 

这个分支bioinspired-based研究只有十年左右,但结果已经相当有前途的生成,根据纳杰菲/帕特里克开始他们的伊利诺伊大学香槟分校学术生涯发展中微血管材料自愈,主动冷却和超越。

 

混合拓扑/形状优化程序

 

利用他们的混合拓扑/形状优化程序HyTopS德雷克塞尔大学的研究人员可以设计冷却材料，从身体循环系统的灵感，优化为任何表面或功能。(图为研究人员Ahmad Najafi博士;以及德雷塞尔大学的礼萨·佩曼(Reza Pejman)。)信贷:德雷塞尔大学

 

他们最近的部分研究是为了取代更传统的通过水或空气传递热量的金属系统。虽然这是一个可靠的解决方案，但任何一个带过空调窗口单元的人肯定会明白，为什么不同的冷却系统对任何试图减肥的车辆或部件都是一种改进。

 

“与现有的液体和空气冷却系统相比，微血管复合材料有很多优势，首先，它们更轻，强度相当，但它们也非常耐用——如果考虑到金属部件腐蚀的广泛影响，这一点很重要，”Najafi sad说。如果你把这些因素和其他因素结合起来考虑，就很容易明白它们为什么会在航空航天、汽车和能源行业受到青睐。”

 

为了将他们的优化方法付诸试验，研究人员使用3D打印设计并建造了一种微血管碳纤维复合材料，并针对之前的参考设计测试了其冷却能力。将碳复合材料加热到最高温度后，液体冷却剂(类似于汽车中的冷却剂)被泵入每个血管网络，开始冷却过程。

 

hytops优化的碳复合材料不仅更冷，而且表面温度分布更均匀，能够比参考设计更快地冷却。