DualMS：用于换热器设计的隐式双通道最小面优化
最优化与控制
2025-05-20 v2 图形学
机器学习
摘要
换热器是能源系统与化工加工中至关重要的组件，有效热管理是其核心需求。换热器的设计目标在于最大化换热率的同时最小化压降，这既需要较大的界面面积，也要求内部结构光滑。最新设计如三周期最小面(TPMS)在优化换热效率方面已证明有效。然而，TPMS 设计受限于预定义的数学方程，限制了其对自由形边界的适应性。此外，TPMS 结构本身不控制流向，可能导致流动停滞与不必要的压降。本文提出 DualMS，一种新型计算框架，用于针对自由形状的换热器设计优化双通道最小面。我们是首次尝试直接针对双流换热器优化最小面，而非依赖 TPMS。我们将换热最大化问题形式化为图上受约束的连通最大割问题，借助流约束引导优化过程。为消除不必要的压降，我们将最小面建模为分隔两种流体的分类边界，引入额外的正则化项实现面积最小化。我们采用神经网络将空间点映射到二元流类型，从而实现流动骨架分类与自动表面边界确定。DualMS 在表面拓扑灵活性上优于 TPMS，在相同材料成本下实现更好的热性能，压降更低。
引用
@article{arxiv.2504.02830,
title = {DualMS: Implicit Dual-Channel Minimal Surface Optimization for Heat Exchanger Design},
author = {Weizheng Zhang and Hao Pan and Lin Lu and Xiaowei Duan and Xin Yan and Ruonan Wang and Qiang Du},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.02830},
year = {2025}
}