双流体换热器的拓扑优化
流体动力学
2021-10-07 v2 计算工程、金融与科学
摘要
提出了一种基于密度的双流体换热器拓扑优化方法。优化过程的目标是在每种流体流动的最大压降约束下，最大化从一种流体到另一种流体的传热。使用单一设计变量来描述物理场。采用基于腐蚀-膨胀的识别技术生成固体界面与流体域，该技术保证了流体间良好分离以及它们之间的最小壁厚。在层流稳态假设下，两种流体被分别建模，但在整个计算域中使用 Brinkman 惩罚技术以确保各自流体子域之外速度可忽略。传热采用对流-扩散方程建模，其中对流由两种流体流动共同驱动。采用稳定化有限元离散来求解控制方程。给出了两个不同问题的结果：一个验证并阐明该方法的二维算例；以及一个受管壳式换热器启发的三维算例。两种情形的优化设计相比基准设计均显示出改善的传热。对于管壳式情形，全自由度拓扑优化方法在相同压降下显示出高达 113% 的性能提升。
引用
@article{arxiv.2007.01759,
title = {Topology Optimization of Two Fluid Heat Exchangers},
author = {Lukas Christan Høghøj and Daniel Ruberg Nørhave and Joe Alexandersen and Ole Sigmund and Casper Schousboe Andreasen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.01759},
year = {2021}
}