[發明專利]基于遺傳算法的矩形截面形狀微通道熱沉的優化設計方法

在審

• 申請號: 202011095996.0
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112231860A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 景大雷;占學寬;何磊;宋健;易善凱
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/28;G06F30/27;G06F111/04;G06F111/10;G06F111/06;G06F119/08;G06F119/14;G06F113/08
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 孟旭彤

1.一種基于遺傳算法的矩形截面形狀微通道熱沉的優化設計方法，其特征是，包括有以下步驟：

基于矩形截面形狀微通道流動阻力和平均對流換熱系數理論表達式，通過熱阻網絡模型分別建立矩形截面微通道熱沉在等截面面積/等截面周長約束下的熱阻和壓降的理論模型；

以微通道總熱阻和總壓降為兩個優化目標，使用遺傳算法對微通道尺寸結構進行多目標優化設計；

通過comsol進行仿真驗證；

得到微通道熱沉傳熱傳質性能最佳尺寸結構。

2.根據權利要求…所述的基于遺傳算法的矩形截面形狀微通道熱沉的優化設計方法，其特征是：微通道尺寸結構包括有微通道流道數量N、微通道寬度W_c、微通道熱沉翅片寬度W_b、微通道高度H_c。

3.根據權利要求1所述的基于遺傳算法的矩形截面形狀微通道熱沉的優化設計方法，其特征是：使用遺傳算法對微通道尺寸結構進行多目標優化設計具體為：

根據微通道熱沉總熱阻和微通道熱沉總壓降兩個優化目標，等截面面積下約束條件為

取微通道流道數量N，微通道寬度W_c，微通道熱沉翅片寬度W_b，微通道高度H_c作為設計變量，分別記為x₁，x₂，x₃，x₄，寫成矢量形式X＝[x₁，x₂，x₃，x₄]；

取微通道熱沉總熱阻和總壓降為優化設計的兩個目標函數，分別記為f₁(x)和f₂(x)；

等截面面積多目標優化模型為：

通過加權轉換法分別將總熱沉和總壓降的兩個目標函數均轉換為無量綱化的中間目標函數，通過線性加權法將兩個中間目標函數組成全新目標函數：

式中為微通道熱沉總熱阻的權重系數，為微通道熱沉總壓降的權重系數，并且f₁max和f₁min分別是目標函數f₁的最大值和最小值，f₂max和f₂min分別是目標函數f₂的最大值和最小值；

通過混合雜交選擇的遺傳算法進行多目標優化，在等截面面積約束條件下求解獲得最優解尺寸結構。

4.根據權利要求…所述的基于遺傳算法的矩形截面形狀微通道熱沉的優化設計方法，其特征是，總壓降的理論模型具體為：

矩形截面形狀微通道的流動阻力R_H的理論公式為

平均對流換熱系數h的理論表達式為：

其中，H_c是矩形微通道的通道高，W_c是矩形截面微通道的通道寬，L是通道長度，μ為微通道內工質的粘度系數，k_f是微通道工質的導熱系數；

獲得矩形截面形狀微通道的總壓降：

其中，N是微通道熱沉通道總數量。

5.根據權利要求…所述的基于遺傳算法的矩形截面形狀微通道熱沉的優化設計方法，其特征是，熱阻的理論模型具體為：

微通道熱沉計算單元總熱阻為：

R_total＝

R_base+R_fluid+[R_baseconvΠ(R_wall+(R_wallconvΠ(R_wall+R_baseconv))

微通道總熱阻R_total的各個組成部分R_base，R_fluid，R_baseconv，R_wall，R_wallconv計算如下：

其中，k_s為鋁制材料的熱導率，(W/m·k)；為微通道質量流率，(kg/s)；c_ρ表示水的比熱容，(J/(kg·℃))；h為對流換熱系數；

微通道熱沉總熱阻為：