长春光机所完成首部流体力学拓扑优化理论专著流体力学领域的拓扑优化研究始于2003年

近日，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室副研究员邓永波与研究员吴一辉、刘震宇合作，完成并出版全球首部流体力学拓扑优化理论专著。该书由Springer出版社出版，在作者过去十年的相关研究基础上，采用偏微分方程约束变分问题的连续伴随分析方法，系统论述了非定常流动、体力驱动流动和两相流动的拓扑优化理论，并通过解决相应的强不适定性问题，开创性地将结构拓扑优化和力学最优控制理论结合，给出了结构拓扑与器件控制的最佳匹配设计方法。

始于20世纪80年代末90年代初的微流控芯片技术，将微加工和微流体技术有机地结合在一起，在方寸大小的芯片上集成样品处理、反应、探测等过程，以实现微米尺度下液体的操控。该技术在集成化、便携化、自动化等方面具有显著优势和广泛应用前景，被誉为21世纪的“世纪技术”。微尺度效应则是影响芯片上流体流动的最关键因素之一。基于拓扑优化的微纳结构逆向设计，综合考虑微尺度效应和结构的功能性、工艺性、集成性，是解决前述需求和所面临挑战性问题的最有效途径之一。

随着现代计算机、数值模拟技术和制造技术的发展，拓扑优化方法于20世纪80年代末期被提出，并在弹性力学等领域得到了普遍发展和应用。流体力学领域的拓扑优化研究始于2003年，主要针对简化的定常流动。因此，作者在前期工作中针对具有普遍意义的非定常流动、体力驱动流动和两相流动，系统论述了流体力学拓扑优化理论，并将其应用于微流控芯片的功能结构拓扑优化和逆向设计，取得了显著的实际应用效果。这项研究对微流控芯片技术的实用化具有重要意义。

该书中所涉及研究工作得到了国家自然科学基金青年基金项目、面上项目，国家高技术研究发展计划等的资助。

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