CN109033495A - 一种基于主动调控热源的二维对流热隐身斗篷设计方法 - Google Patents

一种基于主动调控热源的二维对流热隐身斗篷设计方法 Download PDF

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CN109033495A CN201810563748.0A CN201810563748A CN109033495A CN 109033495 A CN109033495 A CN 109033495A CN 201810563748 A CN201810563748 A CN 201810563748A CN 109033495 A CN109033495 A CN 109033495A
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Abstract

本发明涉及一种基于主动调控热源的二维对流热隐身斗篷设计方法，包括：建立三维坐标系x‑y‑z并确定该坐标系所围区域为设计区域；计算流场速度分布和流场背景温度；分别求解Z2、Z3区热源的直接问题、伴随问题、目标函数的导数、共轭系数、迭代方向系数、敏感度问题、迭代步长以及目标函数，并更新热源分布；计算Z2区和Z3区的复合目标函数。本发明根据流场流速和背景温度，通过在流道底部施加热源建立隐身斗篷，对特定区域内流动的流体加热或冷却，以实现流场内满足隐身斗篷功能的温度分布。

Description

一种基于主动调控热源的二维对流热隐身斗篷设计方法
技术领域
本发明属于流体力学、传热学领域，具体涉及一种基于主动调控热源的二维对流热隐身斗篷设计方法。
背景技术
热流隐身问题是继电磁波、声波隐身等问题迅速发展之后又一新兴领域。由于热传导方程和麦克斯韦方程同样具有形式不变性，因此受电磁隐身斗篷(Pendry J B，et al，Science，2006，312(5781)：1780-1782)启发，坐标变换法被推广到传热学领域，通过物性参数的设计，开发出基于超材料的热隐身斗篷。然而，对于三种最基本的传热形式：热传导，热对流以及热辐射，超材料热斗篷目前仅能应用于热传导。如果将坐标变换法和超材料的设计理念应用于热对流，流体流过特定区域时，需设计具有非均匀各向异性的物性参数，而流出该区域需恢复原有物性参数，这一功能很难实现。因此，传统热斗篷的坐标变换法和超材料的设计理念无法实现热对流领域的热隐身斗篷。
发明内容
针对以上不足，本发明的目的在于提供一种基于主动调控热源的二维对流热隐身斗篷设计方法，通过在流道底部施加热源建立隐身斗篷，对特定区域内流动的流体加热或冷却，实现流场内满足隐身斗篷功能的温度分布，在斗篷区域外恢复原背景温度。
为实现以上目的，本发明的技术方案描述如下：
一种基于主动调控热源的二维对流热隐身斗篷设计方法，包括：
步骤S100：建立三维坐标系x-y-z并确定该坐标系所围区域为设计区域；将热源分布区域z＝0平面划分为Z1、Z2和Z3区，其中，Z2区和Z3区为热源区，Z1不做处理；将流体表面区域z＝L5+L6平面划分为Z4、Z5和Z6区，其中Z4区为被隐区域，Z5和Z6区为过渡区，其余区域为背景区域，L5为液面厚度，L6为流道底板厚度。
步骤S200：计算流场速度和流场背景温度Tg；
步骤S300：结合Z2区和Z3区热源强度值迭代更新后的值求解Z2区热源的直接问题获得全设计区域温度场Tc；求解Z2区热源的伴随问题以获得拉格朗日乘数分布；求解Z2区目标函数的导数、共轭系数、热源迭代方向系数及敏感度问题；求解Z2区热源迭代步长，并更新Z2区热源分布；
步骤S400：求解Z2区目标函数，若该函数值足够小到满足用户需要的精度，则进行下一步；否则返回步骤S300进行新一轮计算；
步骤S500：将Z2和Z3区热源强度值迭代更新后的值代入Z3区热源的直接问题方程，更新全设计区域温度场Tc；求解Z3区热源的伴随问题以获得拉格朗日乘数分布；求解Z3区目标函数的导数、共轭系数、热源迭代方向系数及敏感度问题；求解Z3区热源迭代步长，并更新Z3区热源分布；
步骤S600：求解Z3区热源目标函数，若该函数值足够小到满足用户需要的精度，则进行下一步；否则返回步骤S500进行新一轮计算；
步骤S700：求解Z2和Z3区的复合目标函数，若该函数值足够小到满足用户需要的精度，则输出Z2和Z3区热源，对其进行局部均匀化；否则返回步骤S300进行新一轮计算。
优选的，在流场充分发展段，所述流场速度在x方向无变化量，只需计算一个流场截面内的速度，在流场截面内建立二维坐标系X′-y′，控制方程如下：
其中，η为流体动力粘度，v为流体速度，P为出入口压力差，z′为垂直截面方向；
将流体和固体底板整体作为一个求解域，所述计算流场背景温度Tg的稳态无热源热对流扩散控制方程为：
其中，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，cP为比热容，k为导热系数，T为求解域温度。
优选的，所述求解Z2区热源的直接问题控制方程为：
其中，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，cP为比热容，k为导热系数，T为求解域温度；在Z2区和Z3区的边界条件设为热流边界，强度为Z2区和Z3区更新后的热源强度值。
优选的，所述Z2区热源的伴随问题的控制方程为：
其中，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，cP为比热容，k为导热系数，λ为拉格朗日乘数；
在Z4区边界处，设定边界条件为：
其中，Tre为被隐区域Z4所需的温度，该温度由用户决定；Tc为步骤S300直接问题计算所得温度场。
优选的，所述Z2区热源目标函数为：
其中，i为Z4区边界处计算网格点的编号，M为其总网格点数，Tc为步骤S300直接问题计算所得温度场，Tre为被隐区域Z4所需的温度；
所述Z2区目标函数的导数为：
J1′＝λ
所述共轭系数为：
其中，n为迭代步数，J1′为Z2区目标函数的导数，Δxi和Δyi为相应网格控制容积的尺寸；
所述Z2区热源迭代方向系数为：
其中，P1 0＝0。
优选的，所述求解Z2区热源的敏感度问题的控制方程为：
其中，ΔT为设计域内温度变化量，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，cP为比热容，k为导热系数；
在Z2区内部，边界条件为：
优选的，所述求解Z2区热源迭代步长为：
其中，Tc为步骤S300直接问题计算所得温度场，ΔT为设计域内温度变化量，Tre为被隐区域Z4所需的温度；
所述Z2区热源更新为：
其中，为Z2区热源更新前热源强度，α1为Z2区热源迭代步长，P1为Z2区热源迭代方向系数。
优选的，所述求解Z3区热源的直接问题为：
其中，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，cP为比热容，k为导热系数，T为求解域温度。在Z2区和Z3区的边界条件设为热流边界，强度为Z2区和Z3区更新后的热源强度值；
所述求解Z3区热源的伴随问题的控制方程为：
其中，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，cP为比热容，k为导热系数，λ为拉格朗日乘数；
在Z6区外边界处，设定边界条件为：
其中，Tg为步骤S200计算所得背景温度场，Tc为步骤S500直接问题计算所得温度场。
所述Z3区热源目标函数为：
其中，i为Z6区外边界处计算网格点的编号，M为其总网格点数，Tc为步骤S500直接问题计算所得温度场，Tg为步骤S200计算所得背景温度场；
所述Z3区目标函数的导数为：
J2′＝λ
所述共轭系数为：
其中，n为迭代步数，J2′为Z3区目标函数的导数，Δxi和Δyi为相应网格控制容积的尺寸；
所述Z3区热源迭代方向系数为：
优选的，所述求解Z3区热源的敏感度问题的控制方程为：
其中，ΔT为设计域内温度变化量，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，cP为比热容，k为导热系数；
在Z3区内部，边界条件为：
所述Z3区热源迭代步长为：
其中，Tc为步骤S500直接问题计算所得温度场，Tg为步骤S200计算所得背景温度场，ΔT为设计域内温度变化量；
所述Z3区热源更新为：
其中，为Z3区热源更新前热源强度，α2为Z3区热源迭代步长，为Z3区热源迭代方向系数。
优选的，所述Z2和Z3区的复合目标函数为：
其中，i为Z4区边界和Z6区外边界计算网格点编号，M为其网格点总数；Tc为步骤S500直接问题计算所得温度场；
且当i为Z4区边界的计算网格点时，Tr为Tre；当i为Z6区外边界的计算网格点时，Tr为Tg。
与现有技术相比，本发明带来的有益效果为：
1、采用在流道底部施加热源建立隐身斗篷的方法，对特定区域内流动的流体加热或冷却，能够实现流场内满足隐身斗篷功能的温度分布；
2、利用计算机进行分析和计算，能够克服坐标变换法数学分析困难、难以应用于复杂外形斗篷设计的缺陷；
3、所设计的热源分布相较于坐标变换法设计的斗篷参数克服了各向异性，利用局部均匀化方法方便实际应用。
附图说明
图1是本发明实施例示出的一种基于主动调控热源的二维对流热隐身斗篷设计方法流程图；
图2是本发明实施例的物理模型图；
图3是本发明实施例斗篷热源分布示意图；
图4是本发明实施例计算流场的示意图；
图5是本发明实施例的流体表面示意图；
图6(a)-图6(b)是本发明实施例的的仿真示意图，其中，图6(a)为背景温度场；图6(b)为放置斗篷后流场内的温度场。
具体实施方式
首先结合图1-图5，对本发明实施例的技术方案描述如下：
如图1所示，本发明实施例提供一种基于主动调控热源的二维对流热隐身斗篷设计方法，包括：
步骤S100：建立三维坐标系x-y-z，流体从流道左侧流入，沿箭头方向从右侧流出，如图2所示。设定进口流速为u，流道前、后壁面设定为恒壁温，壁面温度依次设为T1和T2。
在本实施例中，在流道z＝0平面布置热源，对热源分布进行区域划分，如图3所示，其中，Z2区和Z3区为热源区，Z1和其它区域不做处理。设定底板厚度为L6，液面高度为L5，如图4所示。对z＝L5+L6流体平面进行区域划分，如图5所示，Z4、Z5和Z6为Z1、Z2和Z3正上方所对应流体表面区域。L1′、L2′和L3′分别等于L1、L2和L3。Z2和Z3热源区即为本发明所设计的二维热斗篷，Z4区即为被隐区域。Z5和Z6区为过渡区。z＝L5+L6平面上Z4、Z5和Z6区以外区域即为背景区。通过图3所示，z＝0平面的热源区对流经流道的流体进行加热或冷却，可在流体表面的二维流场内实现热斗篷所要求的温度分布。
步骤S200：计算流场速度和流场背景温度Tg。
在本实施例中，速度分布可转化为二维问题求解，如图4所示，建立二维坐标系x′-y′，控制方程如下：
其中，η为流体动力粘度，v为流体速度，P为出入口压力差，z′为垂直截面方向。
设定边界条件：将左右边界和下边界流场速度设定为0，上边界设定为压力边界。
结合控制方程(1)、边界条件和进口流速u即可求出截面流场速度。
在本实施例中，计算温度场时，将流体和固体底板整体作为一个求解域。稳态无热源热对流扩散方程为：
其中，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，cP为比热容，k为导热系数，T为求解域温度。
进一步的，设定边界条件：流体入口温度设为T3，固体底板前后壁面温度分别为T1，T2，其它边界设为绝热边界。
通过方程(2)和边界条件计算过后，可获得流场背景温度Tg。
步骤S300：结合Z2区和Z3区热源强度值迭代更新后的值求解Z2区热源的直接问题获得全设计区域温度场Tc；求解Z2区热源的伴随问题以获得拉格朗日乘数分布；求解Z2区目标函数的导数、共轭系数、热源迭代方向系数及敏感度问题；求解Z2区热源迭代步长，并更新Z2区热源分布。
在本实施例中，假设Z2区和Z3区热源的初始值均为0。
求解Z2区热源的直接问题的控制方程为：
其中，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，cP为比热容，k为导热系数，T为求解域温度。在Z2区和Z3区的边界条件设为热流边界，强度为Z2区和Z3区更新后的热源强度值。其余边界条件与步骤S200计算流场背景温度时的边界条件相同。
求解Z2区热源的伴随问题的控制方程为：
其中，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，cP为比热容，k为导热系数，λ为拉格朗日乘数。
需要说明的是，求解Z2区热源的伴随问题，前后壁面和入口处λ设为0，在z＝L5+L6平面上Z4区边界处设定边界条件为：
其中，k为导热系数，λ为拉格朗日乘数，Tc为步骤S300计算所得流场温度，Tre为被隐区域Z4所需的温度，该温度由用户决定。其余边界条件与步骤S200求解背景温度分布时的边界条件相同。
需要进一步说明的是，热源区Z2用来调节被隐区域Z4使其温度等于Tre。如果Z4区边界处温度等于Tre，则Z4区内温度均等于Tre，因此只需考察Z4区边界处温度。
求解Z2区热源目标函数，计算方程为：
其中，i为z＝L5+L6平面上Z4区边界处计算网格点的编号，M为其总网格点数，Tc为步骤S300计算所得流场温度，Tre为被隐区域Z4所需的温度。
Z2区目标函数的导数为：
J1′＝λ (7)
共轭系数为：
其中，n为迭代步数，J1′为Z2区目标函数的导数，Δxi和Δyi为相应网格控制容积的尺寸。
Z2区热源迭代方向系数为：
其中，P1 0＝0。
求解Z2区热源的敏感度问题，控制方程为：
其中，ΔT为设计域内温度变化量，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，cP为比热容，k为导热系数。
需要说明的是，求解Z2区热源的敏感度问题，前后壁面和入口处边界条件ΔT设定为0，其在z＝0平面上Z2区内部，边界条件设定为：
其余边界条件与步骤S200求解背景温度分布时的边界条件相同。
Z2区热源迭代步长：
其中，Tc为步骤S300计算所得流场温度，ΔT为设计域内温度变化量，Tre为被隐区域Z4所需的温度。
Z2区热源更新为：
其中，为Z2区热源更新前热源强度，α1为Z2区热源迭代步长，P1 n为Z2区热源迭代方向系数。
步骤S400：求解Z2区热源目标函数，若该函数值足够小到满足用户需要的精度，则进行下一步；否则返回步骤S300进行新一轮计算。
步骤S500：将Z2和Z3区热源强度值迭代更新后的值代入Z3区热源的直接问题方程，更新全设计区域温度场Tc；求解Z3区热源的伴随问题以获得拉格朗日乘数分布；求解Z3区目标函数的导数、共轭系数、热源迭代方向系数及敏感度问题；求解Z3区热源迭代步长，并更新Z3区热源分布。
求解Z3区热源的直接问题的控制方程为：
其中，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，cP为比热容，k为导热系数，T为求解域温度。在Z2区和Z3区的边界条件设为热流边界，强度为Z2区和Z3区更新后的热源强度值。其余边界条件与步骤S200计算流场背景温度时的边界条件相同。
求解Z3区热源的伴随问题的控制方程为：
其中，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，cP为比热容，k为导热系数，λ为拉格朗日乘数。
在z＝L5+L6平面上Z6区外边界处设定边界条件为：
其中，k为导热系数，λ为拉格朗日乘数，Tc为步骤S500计算所得流场温度，Tg为步骤S200计算所得背景温度场。前后壁面和入口处边界条件λ设为0，其余边界条件与步骤S200求解背景温度分布时的边界条件相同。
需要说明的是，Z3区热源用来恢复z＝L5+L6平面上Z6区外边界以外的背景温度场，如果Z6区外边界的温度等于步骤S200所得流场背景温度Tg，则Z6区外边界以外的背景温度即可恢复。
求解Z3区热源目标函数，计算方程为：
其中，i为z＝L5+L6平面上Z6区边界处计算网格点的编号，M为其总网格点数，Tc为步骤S500计算所得流场温度，Tg为步骤S200计算所得背景温度场。
求解Z3区目标函数的导数为：
J2′＝λ (18)
共轭系数为：
其中，n为迭代步数，J2′为Z3区目标函数的导数，Δxi和Δyi为相应网格控制容积的尺寸。
Z3区热源迭代方向系数为：
其中，
求解Z3区热源的敏感度问题，控制方程为：
其中，ΔT为设计域内温度变化量，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，cＰ为比热容，k为导热系数。
求解Z3区热源的敏感度问题，其在z＝0平面上Z3区内部，边界条件设定为：
需要说明的是，前后壁面和入口处ΔT设定为0，其余边界条件与步骤S200求解温度分布时的边界条件相同。
Z3区热源迭代步长为：
其中，Tc为步骤S500计算所得流场温度，Tg为步骤S200计算所得背景温度场，ΔT为设计域内温度变化量。
Z3区热源更新为：
其中，为Z3区热源更新前热源强度，α2为Z3区热源迭代步长，为Z3区热源迭代方向系数。
步骤S600：求解Z3区热源目标函数，若该函数值足够小到满足用户需要的精度，则进行下一步骤，否则返回步骤S500进行新一轮计算。
步骤S700：求解Z2和Z3区的复合目标函数。
复合目标函数为：
其中，i为z＝L5+L6平面上Z4区边界和Z6区外边界的计算网格点编号，M为其网格点总数。Tc为步骤S500计算所得流场温度场，Tr为Z4区边界和Z6区外边界需要达到的目标温度。当i为Z4区边界的计算网格点时，Tr为Tre；当i为Z6区外边界的计算网格点时，Tr为Tg。当J3足够小到满足客户需求，则输出Z2和Z3区热源分布，并对其进行局部均匀化处理，否则返回步骤S300进行新一轮计算。
图6(a)-图6(b)为本发明实施例的仿真结果，所示等温线分布为图2中流体表面虚线区域的放大图。在本实施例中，前后壁面温度分别设定为40摄氏度和50摄氏度，综合目标函数值J3等于0.001979。图6(a)为背景温度场。从图6(b)可以看出，等温线绕过被隐区域，在Z6区之外恢复原背景温度场。由此可知，根据本发明所提供方法设计的热源可以在流场中实现斗篷功能。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于主动调控热源的二维对流热隐身斗篷设计方法，包括：
步骤S100：建立三维坐标系x-y-z并确定该坐标系所围区域为设计区域；将热源分布区域z＝0平面划分为Z1、Z2和Z3区，其中，Z2区和Z3区为热源区，Z1不做处理；将流体表面区域z＝L5+L6平面划分为Z4、Z5和Z6区，其中Z4区为被隐区域，Z5和Z6区为过渡区，其余区域为背景区域，L5为液面厚度，L6为流道底板厚度；
步骤S200：计算流场速度和流场背景温度Tg；
步骤S300：结合Z2区和Z3区热源强度值迭代更新后的值求解Z2区热源的直接问题获得全设计区域温度场Tc；求解Z2区热源的伴随问题以获得拉格朗日乘数分布；求解Z2区目标函数的导数、共轭系数、热源迭代方向系数及敏感度问题；求解Z2区热源迭代步长，并更新Z2区热源分布；
步骤S400：求解Z2区热源目标函数，若该函数值足够小到满足用户需要的精度，则进行下一步；否则返回步骤S300进行新一轮计算；
步骤S500：将Z2和Z3区热源强度值迭代更新后的值代入Z3区热源的直接问题方程，更新全设计区域温度场Tc；求解Z3区热源的伴随问题以获得拉格朗日乘数分布；求解Z3区目标函数的导数、共轭系数、热源迭代方向系数及敏感度问题；求解Z3区热源迭代步长，并更新Z3区热源分布；
步骤S600：求解Z3区热源目标函数，若该函数值足够小到满足用户需要的精度，则进行下一步；否则返回步骤S500进行新一轮计算；
步骤S700：求解Z2和Z3区的复合目标函数，若该函数值足够小到满足用户需要的精度，则输出Z2和Z3区热源，对其进行局部均匀化；否则返回步骤S300进行新一轮计算。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优选的，在流场充分发展段，所述流场速度在x方向无变化量，只需计算一个流场截面内的速度，在流场截面内建立二维坐标系x′-y′，控制方程如下：
其中，η为流体动力粘度，v为流体速度，P为出入口压力差，z′为垂直截面方向；
将流体和固体底板整体作为一个求解域，所述计算流场背景温度Tg的稳态无热源热对流扩散控制方程为：
其中，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，CP为比热容，k为导热系数，T为求解域温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述求解Z2区热源的直接问题控制方程为：
其中，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，CP为比热容，k为导热系数，T为求解域温度；在Z2区和Z3区的边界条件设为热流边界，强度为Z2区和Z3区更新后的热源强度值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Z2区热源的伴随问题的控制方程为：
其中，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，CP为比热容，k为导热系数，λ为拉格朗日乘数；
在Z4区边界处设定边界条件为：
其中，Tre为被隐区域Z4所需的温度，该温度由用户决定；Tc为步骤S300直接问题计算所得温度场。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Z2区热源目标函数为：
其中，i为Z4区边界处计算网格点的编号，M为其总网格点数，Tc为步骤S300直接问题计算所得温度场，Tre为被隐区域Z4所需的温度；
所述Z2区目标函数的导数为：
J1′＝λ
所述共轭系数为：
其中，n为迭代步数，J1′为Z2区目标函数的导数，ΔXi和Δyi为相应网格控制容积的尺寸；
所述Z2区热源迭代方向系数为：
其中，
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述求解Z2区热源的敏感度问题的控制方程为：
其中，△T为设计域内温度变化量，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，cP为比热容，k为导热系数；
在Z2区内部，边界条件为：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述求解Z2区热源迭代步长为：
其中，Tc为步骤S300直接问题计算所得温度场，△T为设计域内温度变化量，Tre为被隐区域Z4所需的温度；
所述Z2区热源更新为：
其中，为Z2区热源更新前热源强度，α1为Z2区热源迭代步长，P1为Z2区热源迭代方向系数。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述求解Z3区热源的直接问题的控制方程为：
其中，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，CP为比热容，k为导热系数，T为求解域温度；在Z2区和Z3区的边界条件设为热流边界，强度为Z2区和Z3区更新后的热源强度值；
所述求解Z3区热源的伴随问题的控制方程为：
其中，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，CP为比热容，k为导热系数，λ为拉格朗日乘数；
在Z6区外边界处，设定边界条件为：
其中，Tg为步骤S200计算所得背景温度场，Tc为步骤S500直接问题计算所得温度场；
所述Z3区热源目标函数为：
其中，i为Z6区外边界处计算网格点的编号，M为其总网格点数，Tc为步骤S500直接问题计算所得温度场，Tg为步骤S200计算所得背景温度场；
所述Z3区目标函数的导数为：
J2′＝λ
所述共轭系数为：
其中，n为迭代步数，J2′为Z3区目标函数的导数，Δxi和Δyi为相应网格控制容积的尺寸；
所述Z3区热源迭代方向系数为：
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述求解Z3区热源的敏感度问题的控制方程为：
其中，△T为设计域内温度变化量，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流体速度，ρ为求解域的密度，cP为比热容，k为导热系数；
在Z3区内部，边界条件为：
所述Z3区热源迭代步长为：
其中，Tc为步骤S500直接问题计算所得温度场，Tg为步骤S200计算所得背景温度场，△T为设计域内温度变化量；
所述Z3区热源更新为：
其中，为Z3区热源更新前热源强度，α2为Z3区热源迭代步长，为Z3区热源迭代方向系数。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Z2和Z3区的复合目标函数为：
其中，i为Z4区边界和Z6区外边界计算网格点编号，M为其网格点总数；Tc为步骤S500直接问题计算所得温度场；
且当i为Z4区边界的计算网格点时，Tr为Tre；当i为Z6区外边界的计算网格点时，Tr为Tg。
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