主动冷却结构的拓扑优化设计及流动传热分析

摘要

基于稳态不可压缩Navier-Stokes方程,以冷却效率最大化为目标,提出了流固耦合传热结构的拓扑优化策略。采用间断Galerkin有限元方法对Navier-Stokes方程进行离散求解,结合材料密度的有理近似方法,采用全局收敛的移动渐近线法(GCMMA)求解拓扑优化模型,给出了约束条件下超燃冲压发动机冷却结构的最佳流道分布。数值结果表明:与常规通道相比,拓扑优化结构进一步降低了平均温度,能量损失显著改善,且温度分布更加均匀,避免了高温集中区的发生。相对于初始设计,最高温度与平均温度分别降低了9.8%,6.35%。拓扑优化结构可以进一步改善结构的散热性能,为实际工程设计提供理论依据。