通道内布置肋片是一种很常见的强化换热方式,肋片形状对换热和阻力特性有很大影响。本文以综合换热性能最佳为目标,采用共轭梯度法对矩形通道内扰流元的形状进行了反演优化。为了研究扰流元对换热的影响,首先对常规形状进行了模拟,在矩形通道中点位置布置一个扰流元,在定热流边界下进行数值模拟,发现流经扰流元后形成的涡旋面积是影响换热的主要因素,而最高点的尖角是影响涡旋面积的主要方面。对于反演优化的形状,首先讨论了不同扰流元形状,不同初始高度以及不同扰流元离散边界点数对目标函数以及优化后扰流元形状的影响。结果表明,优化结果对初始扰流元形状,初始高度并不敏感。当扰流元离散边界取点数目为11时,此时扰流元优化后形状是顶点为锯齿状,并当点数增加时,优化后形状基本不变;基于此结果下,着重对不同Re数下、不同评价标准以及不同排布方式和不同数目的扰流元进行形状优化,发现不同工况下的优化形状均能很大程度的提高综合换热性能。随后,以PEC值作为目标函数,对扰流元边界形状进行拟合,考察了扰流元数目对优化结果的影响,分析了边界拟合后与上述未拟合形状差异的原因。结果表明,拟合后,离散边界点为3时此时所得的目标函数值最大,所得形状为像左偏移的水滴状;在此条件下,对等间距布置的多个扰流元形状进行了反演优化,优化后结果为,N=2与3时,为向内微凹的三角形和水滴状结构的组合;N>3时,前几个形状主要增强换热,为向内微凹的三角形,倒第二个为水滴状结构,此时为综合换热较强时的形状,最后一个为椭圆形结构,主要的作用是减小阻力。对于拟合前后形状差异,这是由于软件的局限性造成图形的网格不能生成,但图形的趋势基本相似。采用反演的方式优化通道内扰流元的形状,可以得到较精确的结果,提高了效率,所得的形状可以用于工程应用。