摘要：基于构形理论和理论,建立三维稳态非均匀产热圆盘“盘-点”对流传热模型以研究产热非均匀分布对电子器件热设计的影响。以耗散率与耗功率的复合函数最小为优化目标,得到不同产热分布条件下圆盘内部辐射状和树状冷却流道的最优构形,并采用NSGA-II算法对该多目标问题进行优化得到其Pareto最优解集。结果表明:1)在圆盘产热体内布置树状冷却流道可提升其对流传热综合性能;2)可将发热器件尽量安排在靠近冷却水入口处或者在散热需求大、热流密度高的区域布置冷却流道,以有效提升散热结构的冷却效果;3)基于线性加权法得到的最优解出现在采用NSGA-II算法优化后得到的Pareto前沿上,验证了数值结果的正确性,Pareto最优解集相比线性加权法更适用。

摘要：针对电子器件非均匀发热问题,建立双梯形非均匀产热体三维稳态流动与传热模型,以最大温差与耗功率的复合函数为优化目标,基于COMSOL Multiphysics 5采用有限元方法,在不同产热分布条件下得到双梯形产热体内部冷却流道的最优构形,在此基础上分析非均匀产热系数、冷却流道入口宽高比和出口宽高比等参数对构形优化结果的影响。进一步,采用NSGA-II算法对该多目标问题进行优化并得到了不同产热分布条件下的Pareto最优解集。结果表明:以单自由度开展构形设计时,合理选择冷却流道直径可使产热体内的最大温差与耗功率取得最佳折中;非均匀产热系数的增大对于双梯形产热体结构演化的影响体现在冷却流道入口处宽度向小于出口处宽度变化的趋势;当冷却水入口处的宽度较大时,若盲目地增大产热非均匀性,则远离冷却水入口处的端点得不到有效散热,反而会造成对流传热性能的恶化。

摘要：建立非均匀产热“盘-点”导热模型,以[火积]耗散率最小为目标,分别对辐射状圆盘、恒截面高导热通道树状圆盘和变截面高导热通道树状圆盘进行构形优化,在不同产热分布条件下得到圆盘产热体的最优构形,分析非均匀产热系数和宽度系数等参数对构形优化结果的影响。结果表明:对于恒截面高导热通道树状圆盘,在总产热量恒定的情况下,靠近冷源位置处产热量越大,茎趋向于粗长,而分支趋向于细短,即产热量相对较大的区域布置较多的高导热材料可降低产热体[火积]耗散率,降低传热的等效温差,并提高树状圆盘导热性能。当树状圆盘内包含的单元体数目小于9时,树状圆盘有简化为辐射状圆盘的趋势;当圆盘产热体包含20个单元体时,辐射状圆盘单元体内无量纲[火积]耗散率为0.00369;恒截面高导热通道树状圆盘单元体内二次最小无量纲[火积]耗散率为0.00329;而变截面高导热通道树状圆盘单元体内三次最小无量纲[火积]耗散率为0.00328,因此采用变截面高导热通道树状结构可进一步降低产热体内的[火积]耗散,提升其导热性能。所得优化结果可为电子器件的散热优化设计提供理论指导。

摘要：针对电子器件非均匀发热问题,建立考虑流体流动和传热的三维非均匀矩形产热体模型,以综合考虑(火积)耗散率和耗功率的复合函数为优化目标,基于有限元方法对冷却流道直径和宽高比进行优化,得到矩形单元体在不同产热分布条件下的最优构形。结果表明:综合考虑传热性能和压降损失的复合函数对无量纲流道直径存在极值;当单元体个数从10增加到30时,复合函数的最小值减小了 16.7%;以双自由度对矩形非均匀产热体开展构形设计可进一步提升对流传热的综合性能;提升矩形产热体内部产热的均匀性有益于降低传热过程中的(火积)耗散率,设计人员以综合衡量(火积)耗散率和耗功率的复合函数为优化目标时应尽量将发热元件均匀布置在矩形产热体内。