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龙图腾网获悉大连理工大学申请的专利基于三周期极小曲面的双流体多孔换热器的优化与设计方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115292827B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-02-24发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210767704.6，技术领域涉及：G06F30/17；该发明授权基于三周期极小曲面的双流体多孔换热器的优化与设计方法是由王胜法;姜钰;雷娜;罗钟铉设计研发完成，并于2022-07-01向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于三周期极小曲面的双流体多孔换热器的优化与设计方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于三周期极小曲面的双流体多孔换热器的优化与设计方法，包括：步骤1：双流体多孔换热器的函数表示；步骤2：建立优化数学模型；步骤3：优化流程和改进优化求解器。本发明主要针对增强双流体换热器的换热效率的问题，基于三周期极小曲面的多孔结构具有天然的换热优势，例如高比表面积比增加了双流体的接触面积，全连通性和高度平滑性能够减少流动阻力；在优化模型中通过几何参数变量直接控制双流体间的壁厚，避免了添加复杂的壁厚约束；其次，加入单调规划算子的优化求解器更适合复杂结构的优化，加快优化的收敛速度；此外，多孔换热器的函数表示能够保证模型的精度，良好的平滑性、连通性和自支撑性还有利于增材制造。

本发明授权基于三周期极小曲面的双流体多孔换热器的优化与设计方法在权利要求书中公布了：1.一种基于三周期极小曲面的双流体多孔换热器的优化与设计方法，其特征在于，该优化与设计方法包括双流体多孔换热器的函数表示模块、建立优化的数学模型模块、优化流程和改进优化算法模块，步骤如下： 步骤1、双流体多孔换热器的函数表示模块，用于使用单一材料函数表示和区分双流体多孔换热器的固体域和两种流体域，将多孔换热器的函数表示传递给优化的数学模型中； 第一步，基于三周期极小曲面的三角函数精确数学表示构造改进的函数表示： 其中，拓扑参数函数Pr＞0是连续可微的函数，通过控制曲面的孔洞分布来控制曲面的拓扑，并且在拓扑变化过程中保持的距离尺度不变，r＝x,y,z为三维欧氏空间中的向量，x,y,z分别为对应的坐标； 第二步，由第一步改进的函数曲面向两侧偏移，构造有厚度的多孔实体，两个偏移曲面表示为： 其中，几何参数函数Wr控制偏移的距离，进而控制多孔实体的壁厚；两个偏移曲面和将空间划分为将空间划分为流体1即流体2即和固体即且的三个互不连通的区域；流体1流入换热器时温度较高，Tin＝1；流体2流入温度较低，Tin＝0； 第三步，通过布尔运算的函数形式给多孔实体加上换热器外壳，构造完整的基于三周期极小曲面的多孔换热器，换热器外壳用有向距离场表示为函数Φshell＞0，则两种流体、固体和换热器外壳用函数表示为： 其中，max·，·是最大值函数，和ΦSolidr分别是带壳换热器的流体1函数、流体2函数和固体函数，根据这些函数表示，流体1、流体2、固体这三个区域的区分公式定义为： 第四步，为了通过单个变量区分三个区域，使用线性插值函数将有向距离场函数结合为设计域的材料函数： 其中，Hx是Heaviside函数，当x为负时Hx为0，否则为1，ξr是材料函数，ξr＝1,0.5,0分别对应流体1、固体和流体2； 步骤2、建立优化数学模型模块，用于建立在固定的压力约束下最大化总传热问题的数学模型，并根据双流体多孔换热器的函数表示模块中的材料函数ξr进行数值计算；然后将计算得到的物理场、目标函数值和约束值传递给具体的优化流程和优化求解器中，包括优化模型将总传热作为目标函数，压强作为约束条件，拓扑参数函数Pr和几何参数函数Wr作为设计变量，建立双流体多孔换热器的优化数学模型如下： 使得： 其中，u＝[u1，u2，u3]T表示流速，n表示指向设计域外的单位法向量，p表示动态压强，T表示温度，Re是雷诺数，Pe是Péclet数；α是逆渗透率，是流体τ出口边界，是流体τ入口边界，下标τ＝{1,2}分别代表流体1和流体2，Ω表示换热器的设计域；J是总换热目标函数，G是流体的压强约束，通过KS函数综合两种流体在入口处的几何平均压强g1和g2获得，σ是KS聚合函数的常值参数，pmax是流体入口处的最大允许压强，式1.10是传质和传热方程的变分形式，公式中a0u，δu＝u，δu，bδu，p＝-∫Ωp·divδudΩ，·，·是两项的内积，是梯度算子，δu、δp和δT分别是流速u、压强p和温度T对应的测试函数，分别属于测试空间U0、M0和T0，根据变分形式可直接用有限元方法求出物理场u，p，T∈U×M×T，U、M、T是解空间； 步骤3、优化流程和改进优化求解器模块， 将优化流程分为预优化、孔洞分布优化和壁厚分布优化，并使用加入单调规划算子的GCMMA优化求解器，获得同时具有光滑孔洞和壁厚变化的高效换热的多孔结构； 首先，拓扑参数函数Pr和几何参数函数Wr分别独立控制多孔结构的孔洞和壁厚，径向基插值的方法将对参数函数的优化转换为对有限个插值基点处参数的优化；预优化将少量插值基点的拓扑参数值和常值的几何参数函数作为设计变量，是对多孔结构的初步调整，获得优化结构作为较优的初始结构以便进行更细致的调整，孔洞分布优化将较多插值基点的拓扑参数值作为设计变量，是进一步对多孔结构孔洞的调整，壁厚分布优化将较多插值基点的几何参数值作为设计变量，是进一步对多孔结构壁厚的调整； 然后，三个优化步骤都使用加入单调规划算子的GCMMA优化求解器，找到建立的优化数学模型的优化解，将原问题转换为等效的结构优化问题，原问题中的目标和约束用函数表示： 加入单调算子x＝ln1+y1γ·Nnorm后，原问题转换为等效问题： 其中，X和Yγ分别是函数hx和hγy的定义域，lowk和uppk分别是原问题第k个设计变量的取值下界和上界；γ是单调规划算子的参数，用来控制原问题转换为等效问题的改变程度；Nnorm＝[Nnorm，1，…，Nnorm，n]T是归一化参数向量，用来保证等效问题的每个设计变量取值范围在0到1之间，避免设计变量范围过大或过小造成的数值误差；最后，用伴随方法计算等效优化问题的灵敏度，输入GCMMA优化求解器中迭代更新设计变量，收敛到优化解。

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