面向发动机再生冷却的流热耦合拓扑优化

	面向发动机再生冷却的流热耦合拓扑优化
	李新磊 ; 吴坤 ; 赵林英 ; 范学军
发表期刊	力学学报
	2023-09-27
卷号	55 期号:11 页码:2661-2674
ISSN	0459-1879
摘要	再生冷却作为一种主动热防护形式,被广泛应用于高超声速飞行器发动机的热防护系统.为了进一步提高再生冷却结构的换热性能,发展了考虑变热物理性质和输运性质的流热耦合拓扑优化设计方法.首先建立了流热耦合拓扑优化模型,基于连续伴随法对考虑变物性的伴随方程和灵敏度进行了推导,并利用开源计算平台OpenFOAM构建了拓扑优化求解器,耦合了滤波和投影等技术以缓解可能出现的数值问题,结合了建表-插值法对冷却剂物性和相关偏导项进行计算.随后对流热耦合结构进行了拓扑优化设计,结果表明:随着能量耗散约束值的增大,通道的拓扑结构愈加复杂,冷却通道内的流动分离和再混合现象更加显著.通过提取5种拓扑优化构型(Case 1～Case 5),对三维拓扑优化结构的流动换热特性进行了数值模拟分析,发现冷却剂的流动分离和再混合诱导产生复杂的二次涡结构,有助于激发湍动能,增强通道的局部换热性能.最终Case 3～Case 5中的拓扑优化构型相较于传统构型均起到了强化换热效果,平均努塞尔数增益百分比分别为12.6%, 16.0%和23.4%.
关键词	再生冷却变热物性拓扑优化流热耦合伴随法
收录类别	EI ; CSCD
语种	中文
项目资助者	广东省高水平创新研究院资助项目(2020B0909010003)
CSCD记录号	CSCD:7603535
论文分区	二类
力学所作者排名	1
RpAuthor	吴坤
引用统计
文献类型	期刊论文
条目标识符	http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/93660
专题	高温气体动力学国家重点实验室
作者单位	1.中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室 2.中国科学院大学工程科学学院 3.西北工业大学机电学院 4.合肥中科重明科技有限公司
推荐引用方式 GB/T 7714	李新磊,吴坤,赵林英,等. 面向发动机再生冷却的流热耦合拓扑优化[J]. 力学学报,2023,55,11,:2661-2674.
APA	李新磊,吴坤,赵林英,&范学军.(2023).面向发动机再生冷却的流热耦合拓扑优化.力学学报,55(11),2661-2674.
MLA	李新磊,et al."面向发动机再生冷却的流热耦合拓扑优化".力学学报 55.11(2023):2661-2674.

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文件名称/大小	文献类型	版本类型	开放类型	使用许可
JpC2023F141.pdf（1990KB）	期刊论文	出版稿	开放获取	CC BY-NC-SA	浏览请求全文