基于达西流动的两相湍流换热器拓扑优化
流体动力学
2026-05-08 v1 最优化与控制
摘要
本文提出了一种用于设计两相湍流换热器的拓扑优化方法，采用基于达西流动的低保真 (LF) 模型。该 LF 模型基于滞流平均纳维-斯托克斯方程 (RANS) 的高保真 (HF) 模型校准，以提高对流体流动和换热特性的预测准确性。由于 LF 与 HF 模型之间的差异在压降方面可能显著，特别是对于复杂的几何结构，本文采用基于达西流动的多保真拓扑优化框架，以发挥两者优势。利用校准后的 LF 模型，对各种入口速度的边界条件和目标函数中的权衡参数进行拓扑优化，以获得多样化的优化设计。然后，使用 HF 模型评估这些优化设计，以更高的准确性评估其性能。结果表明，优化后的设计在保持可控压降的同时，显著提高了整体换热系数，较常规扭片插入的参考设计提高了最高达 22% 的综合绩效准则 (PEC)。这些改进归因于促进流体混合、增加换热面积的优化配置，同时保持顺畅的流动路径以最小化压降。总体而言，本文提出的基于达西流动的 LF 模型拓扑优化方法在设计高性能双管换热器方面证明有效，展示了多保真方法在克服湍流条件下换热器优化挑战的潜力。
引用
@article{arxiv.2605.06026,
title = {Topology optimization of two-fluid turbulent heat exchangers: A Darcy flow-based multifidelity approach},
author = {Hiroki Kawabe and Kaito Ohtani and Kentaro Yaji and Ryota Fukunishi and Akira Ogawara},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.06026},
year = {2026}
}