Multi-objective optimization of heat transfer in microchannel for non-Newtonian fluid

传热 非牛顿流体 压力降 牛顿流体 机械 数学优化 对流换热 热力学 流体力学 数学 计算机科学 拓扑(电路) 材料科学 物理 组合数学
作者
Xin Dong,Xiaomin Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:412: 128594-128594 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.128594
摘要

This paper presents a multi-objective topology optimization method for convective heat transfer problems based on Navier-Stokes and heat transport equations. In this research, the pressure drop (or energy dissipation) function and the recoverable thermal power function are combined and optimized as a multi-objective function. A Pareto algorithm is constructed, based on a weighted-sum method using different weight coefficients. The Pareto solutions composed of a set of optimal solutions are obtained to reveal the trade-off relationship between the objective functions. The effects of non-Newtonian fluid on the flow-channel arrangement and heat transfer performance are numerically studied. In the numerical method, the interpolation term in the density-based topology optimization method is modified, while the filtering method is used to solve the problems of grayscale and the flow channel discontinuity. The results show that the differences between the optimal structures for non-Newtonian fluid and Newtonian fluid are more obvious at Re = 0.01 in the dual-terminal devices. Under the same situation, blood (non-Newtonian fluid) has greater energy dissipation and better heat transfer performance than water (Newtonian fluid).
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