[发明专利]一种考虑制造约束的阵列微流道换热器性能优化方法

说明书

本发明公开了一种考虑制造约束的阵列微流道换热器性能优化方法，采用多参数多目标换热器性能优化仿真方法，通过对微流道换热器的性能优化仿真，可以在降低压降和体积的同时，进一步增大换热系数，提升换热性能；本发明采用多参数多目标换热器性能优化仿真和制造工艺仿真相结合的方法，将性能优化后的优化值导入制造工艺仿真模型中，得到换热器制造过程中的微流道形貌及所需加工条件，可以减少昂贵的现场试验成本，降低生产、材料和时间成本，缩短研发周期；本发明在结构设计参数的尺寸设计过程中考虑制造约束条件，可以实现微流道换热器结构的一体化设计制造，在获得最佳性能的同时，还能减少制造困难，有效提高设计的准确性和可制造性。

技术领域

本发明涉及换热器性能设计制造一体化技术领域，尤其涉及一种考虑制造约束的阵列微流道换热器性能优化方法。

背景技术

随着能源越来越紧张、稀缺，高效换热技术将成为未来重点攻克的难题。换热器是工程中将一种流体的热量以某种方式传递给另一种流体的设备，广泛应用在工业生产中。与常规换热器相比，微流道换热器体积小，换热系数大，换热效率高，且具有优良的耐压性能。但微流道换热器压降大，制造成本高，有待进一步优化改进。

传统的阵列微流道换热器在设计与制造之间存在差距。由于现有制造工艺无法满足阵列微流道的加工精度，因此会导致换热器的实际性能无法达到设计性能，甚至实际换热性能数据与设计值偏差很大。特别地，受制造工艺的约束，所设计的极端尺寸根本无法实现，导致换热器反复试错，研发周期长，成本高，这成为高效换热器研发的主要瓶颈问题。因此，亟需在换热器设计与性能优化阶段考虑制造约束条件，实现设计制造一体化。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种考虑制造约束的阵列微流道换热器性能优化方法，用以解决阵列微流道换热器的设计与制造矛盾的问题，实现设计制造一体化。

本发明提供的一种考虑制造约束的阵列微流道换热器性能优化方法，包括如下步骤：

S1：确定阵列微流道换热器性能优化目标函数和结构设计参数范围；

S2：采用有限元分析软件，建立多参数多目标换热器性能优化仿真模型，应用多目标遗传算法，将阵列微流道换热器的所有结构设计参数按照换热性能优劣顺序排列，取前m组结构设计参数；其中，m为大于1的整数；

S3：采用制造工艺仿真软件，根据获得的m组结构设计参数建立制造工艺仿真模型，分析m组结构设计参数的仿真结果，建立m组结构设计参数的制造约束条件；

S4：将建立的m组结构设计参数的制造约束条件，反馈输入到所述多参数多目标换热器性能优化仿真模型中，得到q组结构设计参数；其中，q为小于m的正整数；

S5：返回步骤S3，重复执行步骤S3和步骤S4，根据获得的q组结构设计参数重新建立制造工艺仿真模型，从而建立q组结构设计参数的制造约束条件，并反馈输入到所述多参数多目标换热器性能优化仿真模型中，得到p组结构设计参数，p为小于q的正整数；以此类推，直至得到唯一一组换热性能最优的结构设计参数。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述考虑制造约束的阵列微流道换热器性能优化方法中，步骤S1，确定阵列微流道换热器性能优化目标函数和结构设计参数范围，具体包括：

确定微流道的宽度w∈[0.1,0.3]，微流道的深度h∈[0.25,0.4]，且深宽比h/w≥1为初始结构设计约束条件；其中，w和h的单位均为mm；

所述结构设计参数范围满足如下目标函数：

换热系数最大化：

maxK＝f_K(x₁,x₂,…,x_n)

流体出入口压力差最低化：