[發(fā)明專利]一種基于入口發(fā)展特性的微通道最小熱阻結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310302675.7
• 申請(qǐng)日: 2013-07-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103345563A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 靳遵龍;陳曉堂;張志超;王永慶;雷佩玉;郭月明;劉敏珊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種基于入口發(fā)展特性的微通道最小熱阻結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，采用CFD方法，研究分析微通道入口效應(yīng)對(duì)流體流動(dòng)的影響：在入口階段流體流動(dòng)未達(dá)到充分發(fā)展，其流動(dòng)擾亂更為強(qiáng)烈，導(dǎo)致流體在入口段邊界層減薄；

步驟二，采用CFD方法，研究分析微通道入口效應(yīng)對(duì)換熱的影響：在入口階段流體初始被加熱，同時(shí)流體溫度邊界層在發(fā)展，流體對(duì)流換熱在入口段更為強(qiáng)烈，因而換熱微通道越短，整體平均換熱系數(shù)越高；

步驟三，以CFD方法分析入口效應(yīng)對(duì)流體流動(dòng)與換熱的影響為基礎(chǔ)，考慮入口段流體流動(dòng)與換熱的影響因素，利用最小二乘法原理進(jìn)行多元線性回歸分析，推導(dǎo)出微通道內(nèi)流體在入口發(fā)展段的換熱關(guān)聯(lián)式；

步驟四，通過(guò)熱阻分析，傳導(dǎo)熱阻及熱量熱阻在質(zhì)量流量和微通道結(jié)構(gòu)尺寸一定時(shí)可以通過(guò)計(jì)算得到，僅需要對(duì)對(duì)流熱阻進(jìn)行優(yōu)化分析，找到對(duì)流熱阻的影響因素，并考慮制造工藝及設(shè)計(jì)限制制定約束條件；

步驟五，利用MATLAB進(jìn)行編程計(jì)算，通過(guò)非線性整數(shù)規(guī)劃進(jìn)行求解，并在求解過(guò)程中對(duì)拉格朗日函數(shù)取二次近似，最終得到目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法考慮微通道內(nèi)流體流動(dòng)入口效應(yīng)對(duì)流體流動(dòng)及換熱的影響。

3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，流體流動(dòng)處于微通道入口階段，其擾動(dòng)程度更加劇烈，造成入口邊界層減薄。

4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，流體從微通道入口開(kāi)始被加熱，同時(shí)管內(nèi)的溫度邊界層開(kāi)始發(fā)展，在入口段較短區(qū)域內(nèi)換熱系數(shù)較大。

5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟三中，基于入口效應(yīng)的層流及湍流換熱關(guān)聯(lián)式分別為：

Nu＝1.183Re^0.350α^0.242(L/D_h)^-0.216Pr^1/3(Re＜2000)；

Nu＝10.664Re^0.269α^-0.074(L/D_h)^-0.402Pr^1/3(2000≤Re≤6000)

其中，Nu，Re，a，L/Dh，Pr分別表示努賽爾數(shù)、雷諾數(shù)、高寬比、長(zhǎng)徑比、普朗特?cái)?shù)。

6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟四中，對(duì)流熱阻的計(jì)算公式為：

Rconv=24.3496×(Wc)1.026×(Hc)0.542n0.65×(Wc+Hc)0.434(Wc+2Hc)]]>

其中，R_conv，W_c，H_c，n分別表示對(duì)流熱阻、微通道寬度、微通道高度、通道個(gè)數(shù)。

7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟四中，考慮制造工藝及設(shè)計(jì)要求的限制時(shí)，目標(biāo)函數(shù)需要滿足的約束條件為：

R_conv＝f_min(W_c，H_c，n)

0.0002≤W_c≤0.0008；

0.0004≤H_c≤0.003：

(2n+1)×W_c＝0.008；

2W_cH_c/(W_c+H_c)＝0.0004；

10≤n≤40。