(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 202210587865.7 (22)申请日 2022.05.26 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 周明东　耿达　魏创　 (74)专利代理 机构 上海旭诚知识产权代理有限 公司 312 20 专利代理师 郑立 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种动力电池水冷流板的流道和出入口协 同优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种动力电池水冷流板的流 道和出入口协同优化方法， 涉及热流体拓扑优化 相关技术领域。 本发明采用Darcy渗流模型等效 描述流体的流动行为， 与稳态不可压的Naiver ‑ Stokes模型相比， 该模型提升了仿真效率， 改善 了优化的稳健性； 本发明采用了基于边界的惩罚 格式， 实现了冷却流道与流体进出口协同设计， 与现有针对固定流体进出口流道的设计方法相 比， 流体进出口与流道内之间的流体流动 及换热 行为可以更好 地匹配。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 114912328 A 2022.08.16 CN 114912328 A 1.一种动力电池水冷流板的流道和出入口协同优化方法， 其特征在于， 该方法包括以 下步骤： 步骤1： 根据设计 需求， 确定载荷和边界条件； 定义待设计结构的设计域和非设计域， 将 待设计结构离 散为多个宏观单 元； 对每个宏观单 元赋予初始相对密度值； 步骤2： 建立Darcy渗 流模型， 求 解待设计结构的流速场； 步骤3： 建立对流散热模型， 求 解待设计结构的温度场； 步骤4： 基于SIMP方法建立插值格式， 在上述插值格式的基础上， 建立用于实现水冷流 道与流体进出口协同设计的拓扑优化模型； 步骤5： 采用移动 渐近线算法优化更新设计变量， 判断是否收敛； 如果未收敛， 转步骤2； 如果收敛， 输出优化结果。 2.如权利要求1所述动力电池水冷流板的流道和出入口协同优化方法， 其特征在于， 所 述步骤2具体为： Darcy线性 渗流模型的有限元离 散形式表示 为： ( κp+κpγ)P＝fpγin+fpγout， 其中P表示结构Ω的压力场， κp表示结构的渗透性矩阵， κpγ为压力场惩罚矩阵， fpγin和 fpγout分别为作用于结构入口边界和 出口边界的压力惩罚向量； 上述矩阵和向量的单元形 式表示为： 其中κ 为材料的渗透率， μ为材料的动力粘度， Nt为单元形函数矩阵， 为形函数 梯度矩阵， 分别为单元形式的渗透性矩阵、 压力场惩罚矩阵和 进出口的压力惩罚向量； γ为一个极大值， 可促使流体入口和出 口的压力恢复至规定的入 口压力pin和出口压力pout； Γ1和Γ2分别表示入口边界和出口边界； 此外， 在优化过程中采 用与设计相关的连续插值格式可获得与流道布局匹配的流体入口和出口； 基于所获得的压 力场， 可求得 结构的流速场： 3.如权利要求2所述动力电池水冷流板的流道和出入口协同优化方法， 其特征在于， 所 述步骤3具体为： 对流散热模型的有限元 形式表示 为： (kt+c(p)+ktγ)T＝ftγ+fq， 其中T分别表示结构的温度场， kt表示结构的热传导矩阵， c(p)为结构的对流矩阵， ktγ权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114912328 A 2为温度场惩罚矩阵， ftγ为作用于结构入口边界的温度惩罚向量， fq为均匀分布的体积热源； 上述矩阵和向量的单 元形式表示 为： 其中γ为一个极大值， k， ρ， cp分别为材料导热系数、 密度和比热容， q为体积热源， TA为 环境温度， c(p)e、 分别为单元形式的热传导矩阵、 热对流矩阵、 温度场 惩罚矩阵、 温度惩罚向量、 热流载荷向量， ue为单元的流速， 迎风格式稳定项 表示为： 其中 he表示单元尺寸。 4.如权利要求3所述动力电池水冷流板的流道和出入口协同优化方法， 其特征在于， 所 述步骤4具体为： 基于SIMP插值分别对单元的渗透率κ、 导热系数k、 密度ρ、 比热cp和进出口 边界惩罚项γ建立如下插值格式： 其中κs， ks， ρs， cs， γs， κf， kf， ρf， cf， γf分别为固体和流体的渗透率、 导热系数、 密度、 比 热和惩罚参数(角标s和f分别表示 流体和固体)， pκ＝pγ＝3， pk＝pρ＝pf＝1； 在上述插值格 式的基础上， 用于实现水冷流道与流体进出口协同设计的拓扑优化模型 可表示为： find： x权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114912328 A 3