(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 202210600965.9 (22)申请日 2022.05.30 (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 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 刘兴亮 (51)Int.Cl. G06F 30/18(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 17/13(2006.01)G06F 111/04(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 113/14(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于灵敏度计算的微通道结构优化设 计方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于灵敏度计算的微流 道结构参数的优化设计方法， 该方法主要应用于 优化流道尺 寸结构， 解决了目标函数与参数为隐 函数关系时， 伴随法不能直接应用在机器学习领 域的问题。 本发 明将机器学习领域的反向自动微 分法同伴随法相结合， 在目标函数与输入变量为 隐函数关系时， 可以直接利用反向自动微分法计 算灵敏度， 利用机 器学习方法来优化 流道。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114896747 A 2022.08.12 CN 114896747 A 1.一种基于 灵敏度计算的微 通道结构优化设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 确定流道设计 变量γ， 并设定初始值； γ取值范围为0～1， 0代 表固体， 1代 表流体； 步骤2： 确定要求解的计算域、 液体入口、 出口位置及尺寸并划分网格， 网格划分为Nelx ×Nely个有限元 单元； Nelx： X方向上单元数； Nely： Y方向上 单元数； 步骤3： 确定模型关于设计变量γ的数学模型F(u(γ),γ)＝0， 确定数学模型的边界条 件G(x)＝0和流道体积约束条件 ∫Ωγ≤V0； 上述边界条件G(x)＝0包括： 入口与出口 的速度、 压力、 流 量信息； 所述流道体积约束条件 ∫Ωγ≤V0式中： Ω为设计域； V0为流道体积； 所述数学模型F(u(γ),γ)＝0为 Navier‑Stokes方程的变形 形式： 式中： ρ 为流道中液体密度； u为速度矢量； P为压强； μ为流体动力粘度； α(γ)为多孔介质中反渗透率， 由下列方程式决定： 式中： αmin为反渗透率的最小值， 取0Pa.s/m2； αmax为反渗透率的最大值， 取1 ×104～1×107Pa.s/m2； q为罚参数， 取常数， 范围为0.01～1； 步骤4： 将F(u(γ),γ)＝0改为变分形式； 步骤5： 利用有限元法求 解变分方程； 步骤6： 根据求 解获得的速度场u， 求 解目标函数J； 所述目标函数J由两部分构成， J＝J1+J2， J1为流体出入口压差函数、 逆流与正向流动 压 差比函数、 流道流动粘性 耗散函数之一， J2为体积约束函数； 步骤7： 利用反向 自动微分法， 求 解目标函数关于设计 变量γ灵敏度； 步骤8： 判断是否达到收敛条件， 如果是， 结束优化， 并输出流道优化结果； 如果否， 根据 灵敏度利用神经网络更新设计变量γ， 跳转到步骤5， 直至达到收敛条件， 并输出流道优化 结果。 2.根据权利要求1所述的一种基于灵敏度计算的微通道结构优化设计方法， 其特征在 于， 步骤4中所述的动量方程的变分形式为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114896747 A 2式中： v和s分别为u和P的试函数， 试函数定义于单 元内部的、 坐标的连续 函数； u为速度矢量； P为压强。 3.根据权利要求1所述的一种基于灵敏度计算的微通道结构优化设计方法， 其特征在 于， 所述步骤6中J1可选用的函数 具体为： 流体出入口压 差函数： J1＝Pin‑Pout 式中： Pin为： 流道入口压力； Pout为： 流道出口压力； 逆流与正向流动压 差比函数： 式中： ΔPr为流道逆向流动的入口与出口压 差； ΔPf为流道正向流动的入口与出口压 差； 流道流动粘性 耗散函数： 式中： μ为流体动力粘度； Ω为设计域； 体积约束函数J2为： 式中： w为一常数， 范围为0.0 001‑10000； n为有限元 单元数； γ为设计 变量； V0为流道体积。 4.根据权利要求1所述的一种基于灵敏度计算的微通道结构优化设计方法， 其特征在 于， 步骤8中所述收敛 条件为目标函数值的相对变化 量或迭代次数或设计 变量中间值个数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114896747 A 3