We design heat exchangers using level-set method based topology optimization. The heat exchange between two fluids in separate channels is maximized while constraining the pressure drop across each channel. The flow is modeled by an incompressible Navier-Stokes-Brinkmann equation and the heat transfer is modeled by a convection-diffusion equation with high Peclet number. Each fluid region is subject to its own set of Navier-Stokes-Brinkmann equations where the Brinkmann term models the other fluid as solid, thereby preventing mixing. A level-set defines the interface that separates the two fluids. The Hamilton-Jacobi equation advects the level-set, allowing for topological changes of the channels. The velocity of the Hamilton-Jacobi equation is defined by the shape derivatives of the cost and constraint functions with respect to normal interface perturbations. We present results in three-dimensions with different heat exchanger configurations and operating conditions.


翻译:我们使用基于水平定置方法的地形优化设计热交换器。 在限制每个通道之间降压的同时, 将两个流体之间的热交换最大化。 流体以不可压缩的 Navier- Stokes- Brinkmann 方程式为模型, 热传输则以高 Peclet 数的对流- 扩散方程式为模型。 每个流体区域都受自己的一套纳维尔- Stokes- Brinkmann 方程式的制约, 布林克曼用其他流体为固体模型, 从而防止混合。 一种水平定義了将两种流体分离的界面。 汉密尔顿- Jacobi 方程式 advect 将水平定出, 允许对通道进行地形变化。 汉密尔顿- Jacobi 方程式的速度由正常界面渗透的成本和约束函数的形状衍生物和约束功能来定义。 我们展示了三个二元的结果, 不同的热交换器配置和操作条件 。

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