纵向涡发生器强化换热反演研究
形状优化反演要根据工程设计中的实际问题创建设计模型，并根据结构与力学的特点对数学算法进行必要的改进，甚至提出新的、独特的结构优化算法。传热形状优化反演(反设计)一般是根据附加热电偶测量物体内部温度条件然后推求物体几何形状，或依据边界表面热力参数如温度分布、热流密度等条件设计出满足其热力参数要求的几何形状。几何形状优化反演是传热反演中重要组成部分。本课题是典型的形状优化反演问题，利用传热反问题方法对涡发生器形状优化，从而实现强化传热或者降低流动阻力的目的，在反问题研究中开拓新的研究领域。 本课题主要内容是以二维矩形通道内原始的三角形和半圆形涡发生器结构为已知条件，在其他条件不变时，应用共轭梯度法、灵敏度方法及伴随方法等形状反演原理，通过fluent软件动网格方法改变三角形和半圆涡发生器形状，从而优化通道流动结构，使得换热设备具有更好的流动传热效果，流动换热效果最好时的涡发生器形状被定义为最优形状。 本文主要创新点是：首先，在求解共轭梯度方程和目标函数导数时，不仅考虑了能量方程的灵敏度方程和伴随方程求解，还考虑了动量方程的灵敏度方程和伴随方程求解，涡发生器形状变化会引起流体流动结构改变，从而影响换热效果，所以非常有必要考虑动量方程的影响；另外，首次利用FLUENT软件中的UDF编程技术求解灵敏度方程、伴随方程和共轭梯度方程，然后采用动网格技术改变涡发生器形状。充分利用已有的计算软件，减少编程工作量，降低工作难度，且利于后期数据处理。 本文优化后的模型在换热略有增加或者降低时，能够非常明显地降低流动阻力。数据结果证明了本文灵敏度、伴随方程公式推导正确，同时验证共轭梯度法能够有效处理对流-扩散反问题，及其在形状反问题中的高效性。反问题原理优化换热表面设计，在促进换热过程，提出新的强化传热技术，改进换热设备，提高换热效率，节约能源等方面具有重要的理论与现实意义。
纵向涡发生器;形状优化;换热反演;动量方程;共轭梯度法
河北工业大学
硕士
热能工程
闵春华
2013
中文
TK124
74
2015-07-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）