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龙图腾网获悉西安交通大学申请的专利一种强化多孔介质传热传质的多尺度拓扑优化方法、系统、设备及介质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：CN117059206B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-12-05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：202311019609.9，技术领域涉及：G16C60/00；该发明授权一种强化多孔介质传热传质的多尺度拓扑优化方法、系统、设备及介质是由陈黎;罗纪旺;郑鑫建;陶文铨设计研发完成，并于2023-08-14向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种强化多孔介质传热传质的多尺度拓扑优化方法、系统、设备及介质在说明书摘要公布了：一种强化多孔介质传热传质的多尺度拓扑优化方法、系统、设备及介质，其方法为：分别对孔隙尺度上的单胞结构和表征体元尺度上的宏观整体结构进行拓扑优化；具体地，首先在孔隙尺度上基于拓扑优化单胞结构或若干典型单胞结构构建有效输运系数与结构参数间的构效关系，而后在表征体元尺度上进行拓扑优化，获得设计域内相应结构参数的优化分布，最后基于优化参数分布得到优化后多孔介质的宏观整体结构；其系统、设备及介质基于上述方法进行多孔介质传热传质的多尺度拓扑优化；本发明针对传统多孔介质结构优化难以同时考虑多个时空尺度上复杂多场耦合反应输运的特点，实现了多尺度协同优化，从而获得了优越的强化传热传质效果。

本发明授权一种强化多孔介质传热传质的多尺度拓扑优化方法、系统、设备及介质在权利要求书中公布了：1.一种强化多孔介质传热传质的多尺度拓扑优化方法，其特征在于，具体包括以下步骤： 步骤1、单胞结构拓扑优化及构效关系构建；在孔隙尺度上基于拓扑优化单胞结构或若干典型单胞结构，构建有效输运系数与结构参数间的构效关系； 步骤2、在表征体元尺度上进行拓扑优化，获得设计域内相应结构参数的优化分布； 采用基于格子Boltzmann的拓扑优化方法；求解格子Boltzmann方程，表征体元尺度上采用如下平衡态分布函数表达式计算fieq、gieq和hieq 其中，σ＝[ερcpf+1-ε×ρcps]ρcpf表征多孔介质有效比热与流体比热之比，而σ0和ε0分别是σ和ε的参考值；在表征体元尺度上，在方程中引入如下达西阻力项和福希海默阻力项表征多孔介质内固体骨架对流体施加的流动阻力： 其中，k为渗透率，Fε为阻力因子，G为其他外力项；在表征体元尺度上的优化中，每一网格中的单胞结构不再解析，而采用均质化后的结构参数：孔隙率ε，和有效输运系数：渗透率k、有效扩散系数De和有效导热系数λe描述；在表征体元尺度上，所需的有效输运系数如渗透率k、有效扩散系数De和有效导热系数λe，均通过步骤1中获得的构效关系表示； 表征体元尺度上的伴随方程给出；每一网格中的单胞结构不再解析，求解设计域内各个节点上的孔隙率分布，将设计域内的孔隙率作为设计变量；不同网格间孔隙率发生变化，对应着不同的单胞结构；采用如下所示的梯度下降法更新孔隙率分布： 式中，为灵敏度；通过求解流体流动、传热、传质反应的速度离散的Boltzmann方程得到流体密度ρ，速度u，温度T和浓度C，再通过求解伴随方程得到伴随变量fi*、gi*和hi*，获得设计域内相应结构参数的优化分布； 步骤3、通过拓扑优化得到优化的宏观整体结构，然后，将宏观整体结构网格内对应的孔隙率逐一替换为相应孔隙率的单胞结构，即得到全尺寸的拓扑优化结构。

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