本技术提供了一种基于流体行程控制的TPMS微元换热器设计方法,利用随机搜索算法,枚举可行挡板方案,形成挡板配置集合;基于挡板配置集合,生成相应的挡板模型,并进行外壳模型内部TPMS单元结构的填充,对填充后的模型进行体网格划分;对划分的体网格进行网格独立性验证,并进行仿真,计算压降、努塞尔数和PEC指标,根据所述指标,确定挡板添加和换热器换热性能之间的规律;基于所述规律,对挡板配置集合进行行程长度优先和粗粒度区域划分的双尺度优化,直至得到最优方案。本发明在换热器构件内部填充TPMS结构单元,通过添加挡板的方式控制换热器内部流体行程,在保证制造约束的前提下提高了整体的换热性能。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。
换热器作为实现冷热流体之间热量交换的设备,在化工、能源、电子、航空航天等多个工业领域中扮演着重要角色,对于维持发动机、空调系统和其他重要部件的安全、稳定和节能运行至关重要。换热器的设计追求紧凑、轻便和高效,在当今工业领域的快速发展中,随着热负荷的日益增加,如何在有限的设计空间内实现高性能换热,一直是项具有挑战性的任务。然而,传统的板式和管式换热器在应对更高的换热需求时越来越难以胜任,这就推动了新型换热结构设计和优化方案的探索。
目前研究人员针对换热器的研究重点在于提高换热性能方面,近年来三周期极小曲面(Triply periodic minimal surface,TPMS)因其具有较高的比表面积、轻量化、高度光滑性、优异的传热传质性能以及综合机械性能等特点,成为了换热器设计领域的研究重点。这方面的技术方案有两种思路,其一从TPMS单元结构入手,寻找或设计一种换热性能最优的TPMS类型作为换热器的基本填充单元;其二从换热器整体结构方面入手,采用拓扑优化等方法,优化整体换热性能。前者存在的不足是关注于局部单元结构的设计与优化,会导致换热构件填充后的整体换热性能不高;而后者尽管能够通过复杂算法优化换热整体换热性能,但是采用拓扑优化等方法优化时,没有考虑换热器制造上的约束,在实际应用中存在困难,同时优化的过程会带来巨大的计算量。因此,如何在设计空间内实现满足制造约束、兼顾整体换热性能的换热器一直是换热器设计中亟待解决的技术难题。
实现思路