湍流通道散热器结构拓扑优化方法研究

基本信息
批准号:51905435
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:张彬
学科分类:
依托单位:西北工业大学
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
伴随灵敏度分析拓扑优化对流传热
结项摘要

With the increasing heat dissipation of electronic equipment, the heat dissipating problem has become a key factor restricting its development. The turbulent-flow channelled heat sink (TCHS) is a kind of important heat sinks for electronic equipment whose heat dissipating principle is the turbulent flow heat transfer problem with temperature-dependent thermophysical properties. The topology optimization method can greatly enhance the performance of TCHS. However, most of the existing topology optimization methods are based on laminar heat transfer model with constant thermophysical properties. Few topology optimization methods have been proposed for the turbulent flow heat transfer model with variable thermophysical properties because of the difficult problems of the numerical stability and the global optimization performance caused by the strong nonlinearity of the model. Therefore, the present method is difficult to realize precise topology optimization of TCHS’s structure. This project intends to propose a k-ε type Reynolds time-averaged turbulence model based unified equivalent method for establishing a stable topology optimization model; develop a continuous adjoint sensitivity analysis technique for the coupled turbulent flow heat transfer field with variable thermophysical properties, to explore and reveal the topology optimization mechanism and parameter influence mechanisms of turbulent flow heat transfer with temperature-dependent thermophysical properties; propose a global adaptive implicit function method with no gray area, high precision and better global performance for implementing topology optimization of the turbulent flow heat transfer problem with temperature-dependent thermophysical properties; and obtain the topology optimization method for the turbulent flow heat transfer problem with temperature-dependent thermophysical properties. This research provides theories and methods for achieving the precise topology optimization of TCHS’s structure, which is of great significance to ensure the safe and efficient operation of electronic equipment.

随着电子设备热量耗散不断增大,散热问题已成为制约其发展的关键因素。湍流通道散热器是一种重要电子设备散热器,其散热原理是温度依赖变物性湍流传热问题,拓扑优化方法可实现其性能的大幅度提升。然而,现有拓扑优化方法多基于常物性层流传热模型,由于强非线性造成的数值稳定性和优化全局性难题导致尚缺乏变物性湍流传热模型的拓扑优化方法,难以实现湍流通道散热器结构精确化拓扑优化。本项目拟通过提出基于k-ε雷诺时均湍流模型的统一化等效法,建立稳定化拓扑优化模型;发展变物性湍流传热耦合场的连续伴随灵敏度分析技术,探究并揭示温度依赖变物性湍流传热拓扑优化机理和参数影响机理;提出执行变物性湍流传热拓扑优化的无灰度区域、高精度且全局性较好的全局自适应隐函数法;获得解决温度依赖变物性湍流传热问题的拓扑优化方法。本研究为实现湍流通道散热器结构精确化拓扑优化提供理论和方法,对保障电子设备安全高效运行具有重要意义。

项目摘要

电子设备耗散热量和热流密度的不断增大,使得散热问题成为制约其发展和应用的关键因素。湍流散热器可以实现电子设备较高效率的散热,在工程领域具有广泛应用,拓扑优化方法可大幅提升其性能。现有拓扑优化方法多基于常物性层流传热模型,研究基于变物性湍流传热模型的拓扑优化方法能够得到符合实际传热现象且性能更加优异的设计结果,是实现湍流散热结构精确化拓扑优化的必要手段。然而,由于变物性湍流传热模型的强非线性会造成数值求解稳定性和优化全局收敛性等方面的难题,因此基于该模型的拓扑优化研究较少,制约了湍流散热结构的设计创新。.针对上述难题,本项目开展了温度依赖变物性对流传热、湍流流动、湍流强制和自然对流传热等问题的拓扑优化研究,取得了以下重要结果。1) 发展了基于k-ε湍流模型的统一化等效方法,构建了湍流流动问题的稳定化拓扑优化模型;发展了基于k-ω湍流对流模型的统一化等效方法,构建了湍流强制和自然对流传热问题的稳定化拓扑优化模型。2) 发展了耦合场联立式离散伴随灵敏度分析技术,分别揭示了温度依赖变物性层流对流传热、湍流流动、湍流强制和自然对流传热等问题的拓扑优化机理。3) 发展了一种分离式迎风有限元算法进行湍流强制和自然对流传热控制方程的数值求解,以降低内存使用量和提高数值求解速度。4) 运用变密度方法分别实现了变物性纳米流体层流对流传热、湍流流动、湍流强制和自然对流传热等问题的拓扑优化;5) 探究并揭示了物性参数、流动状态、固体导热系数和纳米流体特性参数等对最优设计结果的影响机制。.本项目研究工作为实现湍流散热结构质轻紧凑和高效节能的创新性设计提供理论和方法依据,对保障电子设备安全高效运行具有实际意义。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

玉米叶向值的全基因组关联分析

玉米叶向值的全基因组关联分析

DOI:
发表时间:
2

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

DOI:10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20201185
发表时间:2021
3

硬件木马:关键问题研究进展及新动向

硬件木马:关键问题研究进展及新动向

DOI:
发表时间:2018
4

基于SSVEP 直接脑控机器人方向和速度研究

基于SSVEP 直接脑控机器人方向和速度研究

DOI:10.16383/j.aas.2016.c150880
发表时间:2016
5

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

DOI:10.19701/j.jzjg.2015.15.012
发表时间:2015

张彬的其他基金

批准号:81072206
批准年份:2010
资助金额:10.00
项目类别:面上项目
批准号:41704128
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81803803
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30873454
批准年份:2008
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:60108004
批准年份:2001
资助金额:15.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51773182
批准年份:2017
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:31701536
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30901769
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31872126
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:31072053
批准年份:2010
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:81472530
批准年份:2014
资助金额:72.00
项目类别:面上项目
批准号:11626137
批准年份:2016
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:11902179
批准年份:2019
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61905128
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81301997
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31300995
批准年份:2013
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81873313
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:30671516
批准年份:2006
资助金额:28.00
项目类别:面上项目
批准号:81373573
批准年份:2013
资助金额:72.00
项目类别:面上项目
批准号:81802197
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41401332
批准年份:2014
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41404036
批准年份:2014
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31501708
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81772496
批准年份:2017
资助金额:52.00
项目类别:面上项目
批准号:31601369
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51306026
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:40902086
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51707181
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11801303
批准年份:2018
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61071148
批准年份:2010
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:41572301
批准年份:2015
资助金额:77.00
项目类别:面上项目
批准号:21203045
批准年份:2012
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81272958
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:81072229
批准年份:2010
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:81472182
批准年份:2014
资助金额:76.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

航空煤油超临界湍流传热通道结构拓扑优化方法研究

批准号:51806177
批准年份:2018
负责人:王煜
学科分类:E0603
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
2

压电谐振结构的拓扑优化设计方法研究

批准号:11362017
批准年份:2013
负责人:孙士平
学科分类:A0806
资助金额:45.00
项目类别:地区科学基金项目
3

大变形结构无网格拓扑优化方法研究

批准号:11302208
批准年份:2013
负责人:李顺利
学科分类:A0813
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
4

三维连续体结构拓扑优化方法

批准号:51175197
批准年份:2011
负责人:吴涛
学科分类:E0506
资助金额:62.00
项目类别:面上项目