基于传热反问题二维冷却通道优化

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1、重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要i

2、III删㈣删Ⅷ帅㈣删咖洲Y2152923微小通道换热装置具有结构紧凑、换热效率高和运行安全可靠等特点，已经在计算机、航空航天以及燃料电池等许多领域得到了广泛应用。随着换热装置流体通道水力直径的逐步减小，系统内流体的对流换热系数明显提高，其换热能力明显增加，但流体的流动阻力也将显著增加。在综合考虑换热装置系统换热能力和系统流动阻力特性的前提下，对微小通道换热装置流体通道的几何形状进行优化，或者说在一定的动力条件下提高冷却通道的换热性能，是一种比较有效的技术方案。为了提高板式冷却通道系统的综合性能，针对传统的冷却通道内部流动阻力太大的现状及存在

3、的主要问题，本文基于传热学反问题方法研究了冷却通道几何形状的优化问题，主要包括以下工作：1)建立了板式冷却通道流动和传热过程数学模型，采用控制容积法对控制方程进行离散；利用SIMPLE方法处理流体压力与速度的耦合问题，通过迭代求解离散后的代数方程组，并对其适用性作了验证；通过数值仿真实验分析了不同传热边界条件对冷却通道的温度分布、压力分布以及系统的换热能力和系统流动阻力的影响；2、)介绍了利用共轭梯度法(CGM)求解传热学反问题的基本思想；结合冷却通道流动和传热过程(正问题)数学模型，将流体通道的几何形状优化问题转化为传热学反问题，以冷却通道的几何形状为待反演参数，在综合考虑

4、系统冷却能力和系统流动阻力的前提下，构造了冷却通道几何形状优化问题的目标函数，利用共轭梯度法建立了冷却通道的几何形状优化模型；3)对冷却通道的几何形状进行了优化仿真试验，讨论了冷却通道几何形状的初始猜测值以及系统冷却能力和系统流动阻力权重之比等因素对冷却通道形状优化结果的影响。数值试验结果表明，当流道入口流体流速及流道入口高度给定时，利用本文所述的基于传热学反问题的优化方法能够对二维冷却通道的形状进行有效优化，且明显改善了冷却系统的综合性能。关键词：冷却通道，传热反问题，共轭梯度法，优化ABSTRACTTllem谕channelheatexchangingdeviceshav

5、emoreadvaJltages1ikecompaCts仃ucturea11d盯eaterheatexch锄gingemciencya11d叩er痂gsa&1yandreliablyalldsuch，a11dhavebeen诚delyappliedinmaIlyareas，forinstance，incyberdomain，inaerospacefield，andin如elcellsareaandomerwise．Aswiththereducinggraduallyoftllehydraulicdi锄etersoftheheatexchangerfluidchannels，t

6、heconvectionheatcoemciemofnuidandheattraIlsfercapacitiesofthesystemsareobviouslyimproved．HoweVer，menowresistanceincreasessi嘶fic觚tly．Therefore，uIldermeprecondjtionofconsideringmecoolingcapacityandresistanceofthesystemsynmetically，itisaIlefrectiVeschemetooptimizethegeometriesofminicoolingchan

7、nelstoinlprovetheheat仃a11sferpe怕manceofthec001ingchaIlnelsuIldercertaindynaInicconditions．1tlsnecessarytocar巧outirⅣestigationonthegeometriesoptimizationproblemsofc001ingch锄elsforimproVet11eperfomaIlceofplatec001ingsystemevidently，觚mingatthestatusquoofgreatnowresistallceinintemalandmemainiss

8、uesusingtheinverseheattransf．erscheme．Themaincontentsareasfollows：1)TheplatecoolingsystemisconsideredinthisworkaIldthemamematicmodelofflowaIldheat纰msferprocessisestablished．7Ikgovemingequationsaredispersedusingthe丘niteVolumemethod．Thecouplingofnuidpressu