基于密度的拓扑优化策略用于均匀流歧管的最优设计
流体动力学
2025-10-06 v1
摘要
平行通道间的均匀流量分布直接影响着许多流体和能源系统的性能与效率。然而，设计能够确保均匀流量分布的高效流歧管仍然是一个挑战。这一问题在多通道三维歧管的设计中更为突出。因此，本研究提出了一个可扩展的拓扑优化框架，用于多通道流歧管的系统化设计。所提出的方法通过引入一个流量分布不均匀系数作为显式约束，扩展了传统的基于密度的拓扑优化公式。这种新颖的方法使用开源CFD套件SU2中提供的不可压缩Navier-Stokes流动求解器实现。通过一个示例性的平面Z型流歧管（其中入口和出口歧管同时设计），将所提出方法的性能与两种已有的拓扑优化策略进行了基准测试。结果表明，所提出的方法在实现与已有方法相当的流动均匀性的同时，显著降低了相关的计算成本。此外，当应用于大规模三维问题时，所提出的方法产生了可行的设计，这些设计实现了均匀的流量分布并展现出创新的几何特征。这证明了所提出方法的鲁棒性和可扩展性。
引用
@article{arxiv.2509.12996,
title = {Density-based topology optimization strategy for optimal design of uniform flow manifolds},
author = {Sanjay Vermani and Nitish Anand},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.12996},
year = {2025}
}