平面电机散热器热流建模与尺寸-拓扑并行优化设计

作     者：赵家琦 张鸣 朱煜 成荣 李鑫 王磊杰 胡楚雄 ZHAO Jiaqi;ZHANG Ming;ZHU Yu;CHENG Rong;LI Xin;WANG Leijie;HU Chuxiong

作者机构：清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室北京100084 

基　　金：国家自然科学基金(51677104,51922059) 北京市自然科学基金(JQ19010) 

出 版 物：《清华大学学报（自然科学版）》 (Journal of Tsinghua University(Science and Technology))

年 卷 期：2022年第62卷第3期

页      码：400-407页

摘      要：为了提高平面电机水冷散热器热流性能,该文构建了散热器热流模型并开展了"结构尺寸-流道拓扑"并行优化设计。首先,构建了散热器3层热流模型,该模型囊括了盖板与流固混合层的流动/传热耦合效应以及散热器厚度方案对热流场的影响。其次,基于3层热流模型,引入孔隙度域来描述流道拓扑,构建了包含流道拓扑变量与层厚变量的连续伴随结构优化模型,并提出了相应的散热器层厚与流道拓扑并行优化方案。最终,数值案例部分评估了3层热流模型准确性及计算效率、"层厚-流道拓扑"并行优化设计结果热流性能和"尺寸-拓扑"并行优化方案。结果表明:相较于全3D热流模型,所构建的3层热流模型仅需少于10%的计算时间获得了近乎一致的温度场;相较于基准设计,所优化的散热器结构新颖且展现出高达30.82%的目标性能改善;相较于离散优化方案,所提出的并行优化方案高效且取得了具有竞争力的设计。

主 题 词：散热器 热流建模 多层模型 拓扑优化 尺寸优化 并行优化 

学科分类：080701[080701] 08[工学] 0807[工学-电子信息类] 0802[工学-机械学] 0701[理学-数学类] 0801[工学-力学类] 

核心收录：

D　O　I：10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.25.007

馆 藏 号：203108388...