清华大学学报(自然科学版)

作者：赵家琦, 张鸣, 朱煜, 成荣, 李鑫, 王磊杰, 胡楚雄

单位：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

关键词：散热器,热流建模,多层模型,拓扑优化,尺寸优化,并行优化

基金：张鸣,副研究员,

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。

来源：2022年第3期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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