散热通道仿生优化设计.pptxVIP

季懿栋散热通道仿生优化设计

研究背景1生长原理2算例比照3问题难点4CONTENTS

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散热通道优化设计

构型理论

Simp法

渐进结构优化法

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Murray法那么THEPHYSIOLOGICALPRINCIPLEOFMINIMUMIWORK.I.THEVASCULARSYSTEMANDTHECOSTOFBLOODVOLUMEByCECILD.MURRAY基于单根血管模型Poisseuille’sequation人类心血管模型p——血管两端压力差f——单根血管血流量l——单根血管长度r——单根血管半径η——37℃下液体粘度

Murray法那么推导能量方程总能量损耗方程基于总能量损耗最小

Murray法那么推导f1f2f3流量和相等得

热阻为了比较不同数值算例结果，引入一个无量纲的量——热阻RTmax——全局最高温度Tmin——全局最低温度q——生热率A——面积k0——低导热材料导热系数R越大说明该情况下的导热能力越差

仿照植物根系生长方法的散热通道布置

生长流程图

新生成的散热通道的约束条件尽量不长倒枝不以长度过短的已有通道作为母枝通道通道之间不交叉

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数值算例1均匀生热单点热沉平面设计域??s为0.1m×0.1m的正方形。热源的生热率为Q=3?103W?m-3。热沉宽度W=0.01m热沉温度T0?=0℃。高导热材料Kp=400w/(m?k)。低导热材料K0=1w/(m?k)。高导热材料体积约束为20%。网格数量80x80?s均匀生热点热沉

数值算例1步数25810拓扑形态?温度云图最高温度2.12℃0.66℃0.52℃0.43℃体积分数0.070.160.190.20

数值算例2均匀生热单点热沉平面设计域??s为0.1m×0.1m的正方形。热源的生热率为Q=3?103W?m-3。热沉宽度W=0.01m热沉温度T0?=0℃。高导热材料Kp=400w/(m?k)。低导热材料K0=1w/(m?k)。高导热材料体积约束为12.5%。网格数量200*200?s均匀生热点热沉

数值算例2步数481216拓扑形态?温度云图最高温度1.43℃0.7℃0.58℃0.56℃体积分数0.050.100.120.125

数值算例2生长法过往算例构形理论仿生法双黄金分割点生长自适应成长法Simp热阻0.025670.02-0.03180.02580.018670.01860.0183

数值算例3

数值算例3不均匀生热单点热沉平面设计域??s为1m×1m的正方形。热源的生热率为Q1=100W?m-3，Q2=10W?m-3。热沉宽度W=0.04m热沉温度T0?=30℃。高导热材料Kp=80w/(m?k)。低导热材料K0=0.17w/(m?k)。高导热材料体积约束为10%-50%。网格数量80*80

数值算例3SIMP法结果

数值算例3体积约束0.10.20.30.40.5拓扑形态温度云图最高温度42.36℃34.62℃32.86℃32.05℃31.65℃平均温度41.35℃33.12℃31.92℃31.51℃31.26℃生长法结果

数值算例3

数值算例3

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网格依赖求解耗时单元数量640040000拓扑形态最高温度0.43℃0.33℃单步耗时20秒1-4分钟总耗时3分30秒1小时27分钟解决方法：MATLAB与ansys联动

散热通道不连续性解决方法：过滤机制

Murray法那么应用不佳能量损耗最小条件下的murray法那么实际应用的murray法那么

Murray法那么应用不佳应用λ=1的murray法那么Tmax=0.792℃温度云图成片状分布小枝的增多没有相应的散热效果加粗主枝的宽度

Murray法那么应用不佳心血管模型同一段血管中任意取一微小段dL，血流量f处处相等，f=f1f1f2f3散热通道模型f1f’f’’f热源同一段散热通道中任取一微小段dL，f=f1+f’+f热源，需要更粗的母枝，甚至子枝的宽度应随长度增加

Murray法那么应用不佳解决方法：Fluidflowinaporoustree-shapednetwork:OptimaldesignandextensionofHess–Murray’slaw？？？多孔渗水血管模型微分形式下的murray法那么

局部最优解解决方法：暂未想到

谢谢大家THANKYOUFORYOUR

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