(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210842357.9 (22)申请日 2022.07.18 (71)申请人 四川启睿 克科技有限公司 地址 610000 四川省成 都市中国 （四川） 自 由贸易试验区成都高新区天府四街 199号1栋33层 (72)发明人 贺静　莫小宝　 (74)专利代理 机构 四川省成 都市天策商标专利 事务所(有限合 伙) 51213 专利代理师 刘银 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) F28F 1/30(2006.01) F25B 39/02(2006.01)G06F 111/04(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种冰箱蒸发器连续翅片优化方法以及冰 箱蒸发器 (57)摘要 本发明公开了一种冰箱蒸发器连续翅片优 化方法和冰箱蒸发器， 方法包括： 根据原始蒸发 器模型及预期 优化后蒸发器整体尺 寸， 建立蒸发 器二维几何模型； 再根据冰箱蒸发器的工作环 境， 确定蒸发器气侧入口速度vin、 蒸发器气侧入 口温度Tin、 管壁温度Te及流体和固体 材料的物性 参数； 根据流体流动控制方程、 约束条件、 构建目 标函数， 建立蒸发器拓扑优化模型； 将拓扑优化 求解所得二维结果进行拉伸得到三维优化翅片， 至优化翅片后蒸发器出口温度及进口压力满足 要求。 该发明采用拓扑优化方法优化蒸发器翅 片， 减少对设计人员经验的依赖且优化结构压降 可控， 所得的蒸发器翅片结构能大大提高空气侧 换热效率、 以及将其用于冰箱可提高冰箱容积 率。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 115248960 A 2022.10.28 CN 115248960 A 1.一种冰箱蒸发器连续 翅片优化方法， 其特 征在于， 包括： 步骤1、 根据原始蒸发器模型及预期优化后蒸发器整体尺寸， 将三维的原始蒸发器模型 简化为二 维的原始蒸发器模型， 并通过二维的原始蒸发器模型建立用于拓扑优化的蒸发器 二维几何模型， 蒸发器二维几何模型包括管排数N、 管流向间距SL、 管横向间距SW、 进口宽度 W、 长度L、 管外径D1、 进出口位置及设计域范围； 步骤2、 根据冰箱蒸发器的工作环境， 确定蒸发器气侧入口速度vin、 蒸发器气侧入口温 度Tin、 管壁温度Te及流体和固体材 料的物性 参数； 步骤3、 根据流体流动控制方程、 约束条件、 构建目标函数， 建立蒸发器拓扑优化模型； 步骤4、 对蒸发器拓扑优化模型求 解； 步骤5、 根据步骤4的求 解结果， 得到翅片二维拓扑优化结果； 步骤6、 将步骤5所得翅片二维拓扑优化结果导入图形化设计软件中， 采用样条曲线对 固体边界进行简化， 并将简化后边界拉伸为与 原翅片等 厚度、 高度为原 翅片节距1/5 ‑3/4的 凸起， 建立原翅片其 余部分与管的三维几何模型； 步骤7、 将步骤6中所建立的三维几何模型导入计算流体动力学软件进行仿真计算： 对 管内壁施加恒定温度边界条件， 整个设计域进口给定恒定质量 流量及进口温度； 步骤8、 根据步骤7中仿真计算结果， 判断优化翅片后蒸发器出口温度及进口压力是否 满足要求， 若满足， 得到优化蒸发器翅片； 若不满足， 重复步骤3 ‑7， 直至满足要求。 2.根据权利要求1所述一种冰箱蒸发器连续翅片优化方法， 其特征在于， 所述步骤1中， 蒸发器二维几何模型还包括与管外径D1同心的第二管外径D2,且D2＞D1， 设定D2环形区域以 外的翅片位置为设计域。 3.根据权利要求1所述一种冰箱蒸发器连续翅片优化方法， 其特征在于， 流体和固体材 料的所述物性 参数包括： 导热系数、 恒压热容、 动力粘度及 密度。 4.根据权利要求3所述一种冰箱蒸发器连续翅片优化方法， 其特征在于， 设计域内流体 和固体材 料的所述 导热系数通过 下式获得： 其中， λ(γ)为导热系数插值函数， λf为流体导热系数， λs为固体导热系数， qλ为导热系 数凸因子， γ为设计 变量。 5.根据权利要求1所述一种冰箱蒸发器连续翅片优化方法， 其特征在于， 所述固体渗透 率κs及流体工质渗透率κf采用如下 方法确定： 建立一个同时包含固体域和流体域的模型， 其中， 流体域包含至少一处弯曲， 给定边界 条件， 使其为流固共轭换热模型， 并采用湍流模型进行计算， 获得速度场、 压力分布及温度 场； 将包含固体域和 流体域的模型中固体域与流体域分别 设置不同渗透率， 并全部采用达 西渗流模型进行计算； 将采用达西渗流模型所得结果与采用湍流模型所得结果进行比较， 若温度与速度分布接近， 则确定后续优化时选用当前设置的渗透率数值； 若否， 调整渗透率 直至与湍流模型计算结果接 近， 此时设置的渗透率 为后续优化时所用渗透率。 6.根据权利要求1所述一种冰箱蒸发器连续翅片优化方法， 其特征在于， 所述步骤3 中， 建立蒸发器拓扑优化模型 具体包括：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115248960 A 2(3a).对设计域内流体流动进行描述， 确定流体流动控制方程， 具体流体流动控制方程 如下式： κ(γ)＝κs+( κf‑κs)γ3； 其中， u为流体速度， κ(γ)为渗透率插值函数， μ为流体动力粘度， 为设计域内压力 梯度， κs为固体渗透率， κf为流体工质渗透率； (3b).约束 蒸发器气侧泵功， 给定蒸发器二维几何模型入口泵功Pin， 列式如下： ∫ГpdГ≤Pin； 其中， Pin为入口泵功， p为各点压力， Г为入口边界； (3c).构建目标函数， 选取固体域取 热量最大为目标， 列式如下： 其中， obj为目标函数； Ω为设计域， hq为取热量系 数， qh为取热量凸因子， T为设计域内 各点温度， Te为制冷剂蒸发温度； (3d).依据步骤(3a)至(3 c)， 以下式构建拓扑优化 准则： findγ ∫ГpdГ≤Pin； ∫ΩγdΩ≥Vmin； 0≤γ≤1； 其中， T为各点温度， ρ 为密度， Cp为恒压热容， Vmin为体积分数限定值。 7.根据权利要求6所述一种冰箱蒸发器连续翅片优化方法， 其特征在于， 所述步骤4中， 对蒸发器拓扑优化模型求 解的过程， 具体包括： (4a).对设计域进行网格划分； (4b).求解拓扑优化时， 当两次迭代间设计 变量差值 不超过10‑5时， 视为收敛； (4c).对设计变量进行过滤并投影， 在计算开始时， 选择较小的投影斜率β， 并在计算过 程中， 逐渐增大投影斜 率β， 其表达式如下： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115248960 A 3