| 面向发动机再生冷却的流热耦合拓扑优化 | |
李新磊; 吴坤; 赵林英; 范学军
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| Source Publication | 力学学报
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| 2023-09-27 | |
| Volume | 55Issue:11Pages:2661-2674 |
| ISSN | 0459-1879 |
| Abstract | 再生冷却作为一种主动热防护形式,被广泛应用于高超声速飞行器发动机的热防护系统.为了进一步提高再生冷却结构的换热性能,发展了考虑变热物理性质和输运性质的流热耦合拓扑优化设计方法.首先建立了流热耦合拓扑优化模型,基于连续伴随法对考虑变物性的伴随方程和灵敏度进行了推导,并利用开源计算平台OpenFOAM构建了拓扑优化求解器,耦合了滤波和投影等技术以缓解可能出现的数值问题,结合了建表-插值法对冷却剂物性和相关偏导项进行计算.随后对流热耦合结构进行了拓扑优化设计,结果表明:随着能量耗散约束值的增大,通道的拓扑结构愈加复杂,冷却通道内的流动分离和再混合现象更加显著.通过提取5种拓扑优化构型(Case 1～Case 5),对三维拓扑优化结构的流动换热特性进行了数值模拟分析,发现冷却剂的流动分离和再混合诱导产生复杂的二次涡结构,有助于激发湍动能,增强通道的局部换热性能.最终Case 3～Case 5中的拓扑优化构型相较于传统构型均起到了强化换热效果,平均努塞尔数增益百分比分别为12.6%, 16.0%和23.4%. |
| Keyword | 再生冷却 变热物性 拓扑优化 流热耦合 伴随法 |
| Indexed By | EI ; CSCD |
| Language | 中文 |
| Funding Organization | 广东省高水平创新研究院资助项目(2020B0909010003) |
| CSCD ID | CSCD:7603535 |
| Classification | 二类 |
| Ranking | 1 |
| Contributor | 吴坤 |
| Citation statistics |
Cited Times:1[CSCD]
[CSCD Record]
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| Document Type | 期刊论文 |
| Identifier | http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/93660 |
| Collection | 高温气体动力学国家重点实验室 |
| Affiliation | 1.中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室 2.中国科学院大学工程科学学院 3.西北工业大学机电学院 4.合肥中科重明科技有限公司 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 李新磊,吴坤,赵林英,等. 面向发动机再生冷却的流热耦合拓扑优化[J]. 力学学报,2023,55,11,:2661-2674.Rp_Au:吴坤 |
| APA | 李新磊,吴坤,赵林英,&范学军.(2023).面向发动机再生冷却的流热耦合拓扑优化.力学学报,55(11),2661-2674. |
| MLA | 李新磊,et al."面向发动机再生冷却的流热耦合拓扑优化".力学学报 55.11(2023):2661-2674. |
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| File Name/Size | DocType | Version | Access | License | ||
| JpC2023F141.pdf（1990KB） | 期刊论文 | 出版稿 | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Download | |
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