三周期极小曲面固体结构

本研究系统比较了八种三周期极小曲面拓扑在低雷诺数层流下的热工水力性能，建立了努塞尔数和摩擦因子的经验关联式，并揭示了流型分类对性能差异的关键影响。

Hongyue, Wang · 刘延芳 · 孟晓晓 · Yaxuan, Zhang · 赵阳 · Wanjing, Li · Jiaxin, Chu · Li, Yao · 齐乃明

Applied Thermal Engineering 2026

参数信息

综合性能因子

0.00572

技术优势

覆盖全拓扑低雷诺数数据

对八种典型TPMS拓扑在各自可行的孔隙率范围内共进行136次共轭传热模拟，为低雷诺数层流条件下提供系统的性能数据。

首次建立该工况经验关联式

为低雷诺数层流下的努塞尔数和摩擦因子建立经验关联式，便于工程设计和性能预测。

识别最优拓扑Fischer-Koch S

在Re≈50时，Fischer-Koch S结构达到峰值综合性能因子0.00572，表明在该工况下具有最佳热交换能力。

流型机制揭示

通过截面速度比和流线迂曲度定量分析，揭示八种拓扑可分为流体重组型和连续偏转型两种流型，为性能差异提供物理解释。

应用场景

• 紧凑式换热器：用于紧凑换热器芯体设计，替代传统翅片，提升低雷诺数下换热效率。
• 微通道散热：为微通道散热器提供高比表面积TPMS多孔介质，强化低流量下散热。
• 增材制造热管理：利用增材制造实现复杂TPMS拓扑，按需定制热管理部件。