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作者：王昊东;彭伊丽;唐腾飞;
单位：武汉工程大学,化工装备强化与本质安全湖北省重点实验室;武汉工程大学,机电工程学院;
摘要：在新能源电池、芯片散热等高热流密度传热领域，高效散热与高均温结构设计是研究热点。现有基于层流模型的拓扑优化方法在高压差、高流速条件下适用性受限。通过向k-ε湍流输运方程等引入惩罚项，结合变密度技术构建创新优化框架，以平均温度最低和温差最小为约束建立单目标函数，实现多目标协同优化。展示了100 Pa、1 000 Pa、8 000 Pa和10 000 Pa四种压差下优化结构的流动传热特性：低压差时流道呈"几"字型分布，高压差下衍生多级支流结构。优化结果显示，高压工况下，设计域平均温度较入口温度仅升高1.43 K,温差均方根为2.02 K,拓扑优化结构的综合散热性能提升超60%,证实了该方法在高压差、高流速条件下的显著优势。
关键词：换热器;;流动拓扑优化;;k-ε;;湍流模型;;计算流体力学
基金资助：国家自然科学基金(52205536);; 化工装备强化与本质安全湖北省重点实验室开放研究基金(2020KA02);; 武汉工程大学校内科学基金研究项目(K2021014)资助
