[发明专利]基于多尺度拓扑优化的强制对流微通道换热器设计方法

权利要求书

1.一种基于多尺度拓扑优化的强制对流微通道换热器设计方法，其特征在于，其包括以下步骤：

构建强制对流微通道换热器的底层结构，所述底层结构具有各向同性且包括开放孔隙，经由改变底层结构的几何参数改变孔隙率；

采用格子玻尔兹曼方法计算对应不同孔隙率的底层结构的有效渗透率以及有效导热系数，其中，在底层结构的y方向和z方向上施加周期性边界条件，在x方向上给定压差，对流动进行模拟，根据达西定律得到有效渗透率，采用格子玻尔兹曼方法，在底层结构的y方向和z方向上施加周期性边界条件，在x方向上给定温差，对导热进行模拟，根据傅里叶导热定律得到有效导热系数；

多项式拟合数值模拟得到的散点以分别得到有效渗透率、有效导热系数随孔隙率变化的函数关系式；

构建宏观尺度下强制对流换热器内的流动换热过程为：

其中，u速度场，T为温度，Q为热源，ρ、c_p和v分别对应流体的密度、比热容和运动黏度，κ(Y)和λ(Y)分别为底层结构的孔隙率为Y时的有效渗透率和有效导热系数；采用所述函数关系式替代宏观方程中的有效渗透率和有效导热系数，基于密度法的宏观拓扑优化得到不同孔隙率的底层结构在换热器内的优化排布以优化设计换热器。

2.根据权利要求1所述的一种基于多尺度拓扑优化的强制对流微通道换热器设计方法，其特征在于，优选的，重构不同底层结构在不同孔隙率下的二值模型以计算有效渗透率和有效导热系数。

3.一种换热器，其根据权利要求1或2所述的一种基于多尺度拓扑优化的强制对流微通道换热器设计方法得到。