混合长度湍流拓扑优化

免附加方程

采用混合长度湍流模型，无需推导和求解额外的伴随偏微分方程，显著降低湍流拓扑优化的数学复杂度和计算成本，可用于共轭传热结构的高效冷却设计。

Zexu, Wang · Sun, Yiwei · Ning, Mao · Liu, Daoyin · Li, Jian · Xihe, Liu · Wei, Liu · Chao, Xu · Hao, Menglong

Applied Mathematical Modelling 2026

技术优势

省去伴随方程

湍流黏度由混合长度和平均应变率张量直接确定，无需推导和求解额外的偏微分方程，显著降低实现复杂度和计算量。

精确处理动边界

开发了循环内边界识别方法，在优化迭代过程中精确提取固体壁面位置，用于修正湍流模型中的壁面距离，保证计算精度。

冷却性能提升

多目标函数同时最小化功耗和平均温度，二维和三维数值算例显示平均和最高温度显著降低，冷却效率提高。

应用场景

• 电子器件热管理：为电子器件冷却结构提供拓扑优化设计，降低热点温度，提高散热效率。
• 换热器设计：用于设计高效紧凑的换热器芯体，在湍流工况下实现压降与传热的权衡优化。
• 航空发动机冷却：可优化航空发动机高温部件的内部冷却通道，降低壁面温度并提升冷却效率。