亨德里克·博克曼;Dominik P.J.巴茨。 微混合器和其他流体应用的优化主动流量控制:灵敏度与基于伴随的策略。 (英语) Zbl 1390.76082号 计算。流体 106, 93-107 (2015). 摘要:主动流量控制以提高技术流体系统的性能和效率在许多工程应用中具有重要意义。在这项工作中,我们研究了两种常用于可由偏微分方程描述的系统的优化策略,即基于伴随的方法和基于灵敏度的方法。回顾了这些方法,并讨论了它们的优缺点。我们采用这两种策略来最小化后向台阶上层流的分离,并严格比较结果。结果表明,这两种策略都能显著缩短再附着长度,与非受控情况相比。尽管如此,基于灵敏度的方法允许更简单的实现和不那么复杂的解决过程,因此对工程应用似乎很有吸引力。将基于灵敏度的方法应用于电动微混合器中的主动流量控制,并进行了各种数值实验。结果表明,基于灵敏度的优化在较短的操作时间内可获得很高的混合度。 MSC公司: 76天55 不可压缩粘性流体的流动控制与优化 关键词:主动流量控制;计算流体动力学;优化;偏微分方程;微混合器;面向后突阶 软件:旋转 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{H.Bockelmann}和\textit{D.P.J.Barz},计算。液体106,93--107(2015;Zbl 1390.76082) 全文: 内政部 参考文献: [1] Gad-el Hak,M.,《流量控制:被动、主动和反应式流量管理》,(2007),剑桥大学出版社·Zbl 0968.76001号 [2] Cattafesta,L.N。;Sheplak,M.,《主动流量控制执行器》,《流体力学年鉴》,43,247-272,(2011)·Zbl 1299.76108号 [3] Papadimitriou,D。;Giannakoglou,K.,基于边界积分的目标函数导数连续伴随方法,用于无粘和粘性流动,计算流体,36,2,325-341,(2007)·Zbl 1177.76369号 [4] 张,H。;风扇,B.-c。;Chen,Z.-h.,弱导电流体中最优气缸流量控制的计算,计算流体,39,8,1261-1266,(2010)·Zbl 1242.76370号 [5] Leclerc,E。;Sagaut,P。;Mohammadi,B.,《关于使用不完全灵敏度对层流涡旋脱落进行反馈控制》,计算流体,35,10,1432-1443,(2006)·Zbl 1177.76368号 [6] 苏伊德,H。;Guglielmini,L。;艾里亚乌,C。;Bottaro,A.,使用灵敏度函数优化扑翼翼型的运动,计算流体,38,4,861-874,(2009)·Zbl 1242.76055号 [7] Moffatt,H.,尖角附近的粘性和阻力涡流,流体力学杂志,18,1,1-18,(1964)·Zbl 0118.20501号 [8] Cheremisinoff,N.P.,《流体力学百科全书:流动现象和测量》,第1卷,(1986年),海湾出版社·Zbl 0666.76007号 [9] 比斯瓦斯,G。;布鲁尔,M。;Durst,F.,《低雷诺数和中等雷诺数下不同膨胀比的后向台阶流》,ASME流体工程杂志,126,362-374,(2004) [10] 赖,J。;Yue,J。;Platzer,M.,使用拍击箔控制后向台阶流动,实验流体,32,44-54,(2002) [11] Chun,K。;Sung,H.,《后向台阶上湍流的控制》,《实验流体》,21417-426,(1996) [12] 温格尔,H。;Hupperts,A。;Bärwolf,G。;Janke,G.,《操纵的过渡后向台阶流动:实验和直接数值模拟研究》,《Eur J Mech B-Fluids》,20,25-46,(2001)·Zbl 0982.76502号 [13] 萨诺,M。;铃木,I。;Sakuraba,K.,《通过抽吸控制后向台阶上的紊流通道流》,《流体科学技术杂志》,4,1,188-199,(2009) [14] 乌鲁巴,V。;Jons,P。;Mazur,O.,《通过抽吸/吹气控制后向台阶后的通道流》,《国际热流体流动杂志》,28,4,665-672,(2007) [15] Hinze M.非定常Navier-Stokes方程的最优和瞬时控制。习惯化,德累斯顿理工大学;2002年7月。 [16] 布拉齐,S。;Nazarov,S。;Specovius-Neugebauer,M.,管道系统中粘性流动的压力型人工边界条件,《数学流体力学杂志》,9,1,1-33,(2007)·兹比尔1137.35051 [17] Jensen,K.F.,《微反应工程——小的更好吗?》?,化学工程科学,56,293-303,(2001) [18] Manz,A。;格雷伯,N。;Widmer,H.,《微型全化学分析系统:化学传感的新概念》,Sens-Actuate B:Chem,1,1244-248,(1990) [19] Abgrall,P。;Gu,A.,Lab-on-chip technologies:制作微流体网络并将其耦合成完整的微系统——综述,J Micromech Microeng,17,R15,(2007) [20] 荣格,B。;巴拉德瓦,R。;Santiago,J.G.,《使用瞬态等速电泳进行百万倍样品堆积》,Ana Chem,78,7,2319-2327,(2006) [21] 阿格拉瓦尔,N。;哈桑,Y.A。;Ugaz,V.M.,袖珍对流PCR热循环器,Angew Chem Int Ed,46,23,4316-4319,(2007) [22] 巴茨,D。;Ehrhard,P.,微电泳装置中电动流动和传输的模型与验证,实验室芯片,5949-958,(2005) [23] 克莱尔,P.A。;洛佩兹,E.J。;Dalcin,L.D。;F.A.瓜尼埃里。;Storti,M.A.,微流控芯片中电动流动和传输的高性能模拟,计算方法应用机械工程,198,30-32,2360-2367,(2009)·Zbl 1229.76049号 [24] Nguyen,N.T。;Wu,Z.,《微型混合器——综述》,《微型机械工程杂志》,15,R1,(2005) [25] 安萨里,医学硕士。;Kim,K.-Y.,交错人字槽微混合器的形状优化,化学工程科学,626687-6695,(2007) [26] Cortes-Quiroz,C.A。;Zangeneh,M。;Goto,A.,关于交错人字骨微混合器几何结构的多目标优化,Microfluid Nanofluid,7,29-43,(2009) [27] 侯赛因,S。;安萨里,医学硕士。;侯赛因,A。;Kim,K.-Y.,《改进特斯拉结构微混合器的分析与优化》,化学工程杂志,158,2,305-314,(2010) [28] 穆勒,S.D。;Mezić,I。;Walther,J.H。;Koumoutsakos,P.,《带进化策略的横向动量微混合器优化》,计算流体,33,4,521-531,(2004)·Zbl 1046.76015号 [29] Delgado,A.V.,电动现象的测量和解释,胶体界面科学杂志,309194-224,(2007) [30] 赵,C。;Yang,C.,《电动力学进展及其在微/纳米流体学中的应用》,微流体-纳米流体,13,2179-203,(2012) [31] 巴茨,D。;Zadeh,H。;Ehrhard,P.,电动微混合器内随时间变化的流场的测量和模拟,《流体力学杂志》,676265-293,(2011)·Zbl 1241.76004号 [32] Bockelmann,H。;尤夫林,V。;Barz,D.,微流体应用电动混合器,生物微流体,6024123,(2012) [33] Hintermüller,M。;Kunisch,K。;斯帕索夫,Y。;Volkwein,S.,《基于动力系统的不可压缩流体最优控制》,《国际数值方法流动》,46,4,345-359,(2004)·Zbl 1081.76016号 [34] Kunisch,K。;Vexler,B.,基于平移不变成本泛函的瞬时流的最佳涡流减少,SIAM J Control Optim,46,413368-1397,(2007)·Zbl 1159.35398号 [35] (Hömberg,D.;Tröltzsch,F.,《系统建模与优化》,IFIP AICT,第391卷,(2013),Springer) [36] Gunzburger,M.D.,《流量控制和优化的观点》,Soc Indus Appl Math,(2003)·Zbl 1088.93001号 [37] Lions,J.L.,偏微分方程控制系统的最优控制,(1971),施普林格·Zbl 0203.09001号 [38] Fursikov,A.V.,《分布式系统的最优控制:理论和应用》,(2000),美国数学学会,马萨诸塞州波士顿,美国·Zbl 1027.93500号 [39] Tröltzsch,F.,Optimale Steuerung pariteller Differentialgleichungen:Theorye,Verfahren und Anwendungen,(2009),Vieweg+Teubner·Zbl 1320.49001号 [40] Hinze M,Pinnau R,Ulbrich M,Ulbich S.用偏微分方程建模和优化。课堂讲稿,汉堡秋季学校,9月26日至30日;2005 [41] Bockelmann,H。;Heuveline,V.,《PDE约束优化的并行I/O和检查点策略》,(Anne,J.W.;Elster,C.;Dongarra,Jack,Proc.第九届科学和并行计算技术国际研讨会(PARA'08),5月13日至16日,挪威特隆赫姆NTNU,LNCS,第6126卷,(2012),Springer),6127 [42] Griewank,A。;Walther,A.,《旋转:计算微分的反向或伴随模式的检查点实现》,ACM Trans Math Softw,26,1,19-45,(2000)·Zbl 1137.65330号 [43] Bockelmann H.基于高性能计算的流动问题模拟和优化方法。卡尔斯鲁厄技术研究所(KIT)博士论文;2010. <http://digbib.ubka.uni-karlsruhe.de/volltexte/1000019481> [44] Anzt H,Augustin W,Baumann M,Bockelmann H,Gengenbach T,Hahn T,et al.Hiflow^{3}-一个灵活的硬件并行有限元软件包。卡尔斯鲁厄理工学院工程数学与计算实验室(EMCL)预印本系列,技术报告编号2010-06;2010 [45] Gunzburger,医学博士。;Manservisi,S.,带边界控制的Navier-Stokes流速度跟踪问题,SIAM J control Optim,39,2,594-635,(2000)·Zbl 0991.49002号 [46] Gunzburger,医学博士。;Manservisi,S.,分布式控制下Navier-Stokes流速度跟踪问题的分析与近似,SIAM J Numer Ana,371481-1512,(2000)·Zbl 0963.35150号 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。