——描述物体传递热量能力的物理量

从导热过程与导电过程的比拟出发，引入了与电容器的能量相对应的新的物理量E_h=Q_vhT/2. 它具有“能量”的性质，它描述了一物体所具有的热量传递的总能力. 由于它是热容量与温度乘积之半，因此把此物理量称之为. 热量传递是一个不可逆过程，在传递过程中部分将被耗散，其数值可由耗散函数的体积分求得. 在建立了平衡方程的基础上定义了传递的效率，从而可讨论传热过程的优化. 在变分分析的基础上，提出了导热过程优化的耗散极值原理：对于具有一定的约束条件并给定热流边界条件时，当耗散最小，则导热过程最优（温差最小）；在给定温度边界条件时，耗散最大，则导热过程最优（热流最大）. 基于的耗散这个物理量定义了多维导热问题中的当量热阻，从而可把导热优化的耗散极值原理归结为导热优化的最小热阻原理. 最后，以体点散热问题为例，计算了使导热性能最好的导热系数的最佳分布，并对优化前后的导热性能作了比较.     

(火积)——描述物体传递热量能力的物理量

从导热过程与导电过程的比拟出发，引入了与电容器的能量相对应的新的物理量Eh=QvhT／2．它具有“能量”的性质，它描述了一物体所具有的热量传递的总能力．由于它是热容量与温度乘积之半，因此把此物理量称之为[火积]．热量传递是一个不可逆过程，在传递过程中部分[火积]将被耗散，其数值可由[火积]耗散函数的体积分求得．在建立了[火积]平衡方程的基础上定义了[火积]传递的效率，从而可讨论传热过程的优化．在变分分析的基础上，提出了导热过程优化的[火积]耗散极值原理：对于具有一定的约束条件并给定热流边界条件时，当[火积]耗散最小，则导热过程最优（温差最小）；在给定温度边界条件时，[火积]耗散最大，则导热过程最优（热流最大）．基于[火积]的耗散这个物理量定义了多维导热问题中的当量热阻，从而可把导热优化的[火积]耗散极值原理归结为导热优化的最小热阻原理．最后，以体点散热问题为例，计算了使导热性能最好的导热系数的最佳分布，并对优化前后的导热性能作了比较．     

中型轧钢厂连续加热炉各段供热优化研究

以唐钢中型厂轧钢加热炉为研究对象,从炉子结构、技术性能及传热、散热机理出发,以燃耗最小为优化目标,建立了机理与实验想结合的优化数学模型.该模型在计算机上进行了模拟计算,获得了在不同产量下的各段热负荷分配曲线,为加热炉数模优化控制提供了重要参考依据.     

中型轧钢厂连续加热炉各段供热优化研究

以唐钢中型厂轧钢加热炉为研究对象，从炉子结构、技术性能及传热、散热机理出发，以燃耗最小为优化目标，建立了机理与实验想结合的优化数学模型，该模型在计算机上进行了模拟计算，获得了在不同产量下的各段热负荷分配曲线，为加热炉数模优化控制提供了重要参考依据。     

基于半导体制冷的动力锂电池包散热优化

为提升动力锂电池包的散热性能和能量密度,基于半导体制冷方案,提出一种多目标优化设计方法,对动力锂电池包的排布间距和半导体制冷量进行优化设计。基于建立的半导体制冷方案的热分析模型,采用拉丁超立方试验及径向基函数(radial basis function, RBF)、响应面法(response surface methodology, RSM)、Kriging代理模型方法建立最高温度、最大温差及间距体积的近似模型。以最大温差和间距体积为目标,最高温度为约束建立电池包散热优化模型,运用多目标遗传算法(multi-objective genetic algorithm, MOGA)进行寻优求解,并通过实验验证优化方案仿真结果的可靠性。优化后仿真结果表明：电池模组间距体积减小了32.42%,最大温差降低了13.64%,最高温度降低了0.53%,该方法显著地提升了电池包的散热性能和能量密度。     

基于参数敏感度分析的管片散热器再设计方法

为定量描述管片式散热器内部结构与散热性能的关系,强化工程机械冷却系统散热器的散热能力,提出了基于设计参数敏感度的管片式散热器再设计方法.根据强制对流换热理论对换热过程的分析以及对风道特性的描述,建立了管片散热器设计参数与散热性能的数学模型,分析了不同结构设计参数对散热性能影响的强弱,得出了各设计参数的敏感度系数,从而可定量描述散热性能对于不同设计参数的敏感程度.该方法可为管片式散热器在一定范围内进行再设计提供理论参考.     

板翅式换热器的多目标最优设计

本文探讨了换热器多目标最优设计技术,建立了考虑流程长度变化、温度变化和入口流量分布不均匀对换热器性能影响的板翅式换热器最优设计模型,编制了最优设计程序包,并以实俐进行了验证设计。     

开关型电压调节系统的双目标优化设计

针对开关调压系统提出了一种双目标优化设计方法。最优设计结果使开关调节系统的增广ＩＳＥ指标最小以及功率级电路重量最小，并满足所有静态和动态性能要求。系统的所有设计参数由一个优化程序通过计算机一次计算获得，代替原先用两个软件分别设计功率级电路和控制电路。因此新方法更便于应用。计算机寻优计算结果证明本文提出的优化设计方法简便、合理而且有效。     

基于密度法的热传导结构拓扑优化准则算法

热传导结构优化设计研究主要集中在形状及尺寸优化方面，这类方法由于结构初始估计构形带有经验性，通常并不是结构的最优拓扑，使设计具有局限性；为了有效求解热传导结构的最优拓扑，将结构力学中成熟的拓扑优化思想及其方法拓展到热传导结构的拓扑优化设计中，同时以最小热量传递势容耗散为优化目标，基于密度法建立热传导结构拓扑优化设计数学模型，并推导相应的优化准则；计算过程中应用基于卷积的滤波技术处理迭代密度场，消除数值计算不稳定性；不同条件下的数值算例验证了本文思想和算法的正确性、有效性，所得拓扑优化结果为后继的形状和尺寸优化提供了可靠的依据．     

风冷汽油机热载荷分析及喇叭型导流罩的影响研究

为了深入分析热载荷对风冷发动机运行稳定性的影响，通过CONVERGE仿真软件对某四冲程风冷式汽油发动机缸内燃烧过程进行数值模拟计算，获得了完整的缸内燃气侧热边界条件。基于FLUENT仿真软件，建立发动机热流固耦合稳态传热仿真模型，获得了燃气侧不均匀热载荷与机体外复杂空气流动共同作用下的发动机热载荷分布，并通过台架实验验证了稳态传热仿真的准确性。设计喇叭型结构导流罩，分析了导流罩收缩比对导流罩性能的影响，改善发动机的冷却效果。结果表明：发动机稳态传热仿真与台架测试最大误差为3.12%,仿真模型具有较高的准确性；发动机机体最高温度为655 K,出现在排气道端口处位置；随着导流罩收缩比的减小，发动机冷却散热性能增强，收缩比λ为1.94时，冷却强化效果最好，机体最高温度降低8.8 K。研究对风冷汽油机的冷却系统设计及优化具有一定的指导意义。     

基于Chebyshev零点多项式区间不确定的可靠性拓扑优化设计

传统的结构拓扑优化分析和设计都是基于特定参数确定性的物理模型。然而,在实际的结构设计中存在着广泛的不确定性,这种不确定性严重影响结构的物理性能。文中基于多椭球凸模型的非概率可靠性来量化结构参数的变化,研究存在不确定但有界的参数的连续体结构的拓扑优化问题。首先,建立变量具区间不确定性的可靠性拓扑优化模型,以结构设计区域质量最小为目标函数;然后,根据可靠性指标的几何意义,应用非概率模型寻求满足目标可靠性指标约束的设计点;在此基础上,应用区间Chebyshev零点多项式逼近归一化随机变量的真实极限状态函数,并利用单环可靠性算法计算相应目标可靠性指标下的最佳设计点值,从而使得非概率可靠性优化问题可以转化为确定性优化问题。两个数值例子说明了方法的有效性。结果表明,与确定性的结构拓扑优化设计相比,考虑变量随机性的可靠性拓扑优化能够获得更加可靠的拓扑结构。     

不同流道分布的质子交换膜燃料电池的热模拟

为了优化、提升质子交换膜燃料电池的传热性能,通过优化流道的结构设计来提高热交换率。为了验证结构对燃料电池传热的影响,基于有限体积法建立燃料电池传热模型进行仿真。仿真结果表明,冷却流道的分布过于集中和过于稀疏都会带来问题:过于集中时,横向温度不均匀性更严重;过于稀疏时,高度方向温度梯度更大,可能带来额外的热应力。     

基于密度法的传热结构拓扑优化设计

传统的传热结构设计一般是基于热力学计算及工程经验,然而这种方法很难解决复杂边界条件的传热结构的设计问题.采用传热结构拓扑优化设计方法可有效解决传统设计方法难以解决的复杂边界问题.以密度法为基础,建立了散热弱度为目标函数的传热结构拓扑优化数学模型,推出了满足KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件的最优准则法迭代公式.采用高阶单元的方法消除了优化过程中的数值不稳定现象.通过Dirichlet边界和Neumann边界不同组合下的数值算例,验证了算法的有效性.薄壁管的算例也表明,该算法也适用于三维壳体问题.     

相控阵雷达天线多保真度优化设计

研究了某型相控阵雷达天线多保真度优化设计技术.基于代理模型,提出了天线单元优化、阵列优化和近似模型的分层次多保真度优化方法,以提高计算效率;采用KS包络函数将多目标问题转化为单目标函数;以雷达天线几何模型参数为设计变量,以提高雷达天线电磁性能为目标,以温度、应力、变形等为约束,在Isight平台下建立了某型相控阵雷达天线的多学科设计优化系统,实现了雷达天线阵列的多学科设计优化,在满足传热、强度等学科约束的条件下,提高了雷达天线的电磁性能.     

永磁式缓速器的稳健性设计

基于稳健性设计原则和Taguchi算法,永磁式缓速器的设计分为概念设计、参数设计和容差设计．以性能最稳定,波动最小,信噪比最大为目标,选取合适的参数作为内表,参数波动率为外表．用正交表排列设计参数,用F检验确定系统的最优设计参数和恰当的容差＋算例选择制动力矩计算模型中的磁极数N、内半径r1及外半径r2为可控因素,制动力矩波动率作为质量特性输出值．结果表明：采用稳健性设计的永磁式缓速器可以较好地改善制动力矩波动率．     

新型铸铁板翅空气预热器翅片设计等效热流模型

为了完善换热翅片板优化设计技术体系,从换热翅片几何尺寸优化的角度构建了一个新的判断标准,即等效热流结构原理。首先根据间壁式换热流通过程中各单元等面积和等容积的原理,建立了双侧单翅片换热流程的结构模型并构建了数学模型。其次建立了六面体形的翅片基本结构模型,该模型可以转化适用于其他常见翅片结构。把翅片容积与翅片面积的比值定义为翅片的容面比,作为判断翅片尺寸优化的综合性性量化指标。研究结果表明,翅片板的基板厚度应与单个翅片的容面比相当,薄基板的传热效果更好。同样的翅片尺寸,传热效果随基板的厚度增加而降低;换热流程上模型各流通单元的容面比应大小相当或有序排列;单翅片的容面比随着翅片高度或翅片宽度的增大而增大,不再随翅片尺寸的增大而增大的容面比是优化翅片的容面比;翅片的设计可以先优化尺寸,再优化结构;空气预热器烟气侧流程的整体容面比低于空气侧流程的整体容面比,会有利于使翅片板温度更接近于烟气侧温度,规避结露的可能。     

基于牛顿冷却定律的炉温曲线优化模型

针对回焊炉加热电路板的炉温曲线优化问题,利用牛顿冷却定律和热传导规律,建立热传递模型和优化搜索模型.首先将整个加热过程分为3个区域,并分别建立对应模型.对于小温区,利用已知实验数据和最小二乘法求出时间参数;对于间隙区,先用热传导方程得到间隙区温度分布规律后求出时间常数;对于冷却区,采用多项式拟合的方法进行描述.然后,针...     

基于线性规划的结构设计优化

结构优化设计是在所有可行设计方案中,相对于设计者预定的标准找出最优方案。文章将实际工作结构设计方案问题范化为线性,给出设计优化模型,寻找最优设计方案,介绍了线性规划在结构设计优化中的应用;文章给出的算例表明,基于线性规划的结构设计优化在理论和实践上都是可行的。     

不可逆汽机热泵性能优化研究

建立一个广义不可逆汽机热泵循环模型,并考虑到热阻、热漏和工质内部耗散不可逆性。假设热源和工质之间的传热服从线性(牛顿)传热规律,整体传热表面积被假定为常数。得到供热负荷,系统性能系数与蒸发器换热温差的基本优化关系,通过数值例子研究了循环参数的影响,结论适用于符合牛顿传热规律的所有汽轮机热泵系统,并为汽机热泵系统性能改进与优化提供一些理论指导。     

另一类传热规律下三热源热泵的生态学优化性能

以生态学函数为目标，研究传热规律为ｑ Δ（１／Ｔ）的三热源热泵的优化性能，获得一些新的性能界限，结果表明，生态学优化准则可使三热源热泵的供热率和火用耗散率达到最佳的折衷，从经可为热泵的优化设计和最佳工况选择提供新理论指导。