基于约束极值优化和NSGA-Ⅱ的强迫风冷散热系统结构优化研究
发布时间：2021-02-17 07:06
由于强迫风冷散热系统具有散热效果好、可靠性高、系统结构简单和经济成本较低等优势,在大功率电力电子器件及其装置的高效散热中得到了广泛应用。近年来,大容量电力电子系统对强迫风冷散热系统在低热阻、小型化和轻量化等多性能指标上提出了更高的要求,因此强迫风冷散热系统热结构优化设计问题越来越受到了学术界和工业界的高度重视。本文首先通过对IGBT模块的有限元仿真研究分析了影响模块散热性能的主要因素,再分别采用三种进化算法对强迫风冷散热系统进行热结构优化设计,从而为高功率密度电力电子设备强迫风冷散热系统热结构优化设计领域提供新的研究方法。本文的主要研究工作和创新点如下:（1）采用ANSYS Icepak三维有限元软件对实际IGBT模块进行了三维建模与热仿真,讨论了模块基板、焊料层以及衬板材料的导热率和厚度等因素对散热性能的影响,并分析了不同散热系统下的IGBT模块瞬态热阻抗曲线,为IGBT模块结构设计及其散热系统的热结构优化设计提供了一定的理论依据。（2）基于总熵产最小化原理和实际工程限制条件,将电力电子设备强迫风冷散热系统热结构优化设计问题转化为典型的约束优化问题,并提出了一种约束群体极值优化算法（...
【文章来源】：温州大学浙江省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究现状分析
1.2.1 IGBT模块及装置热分析研究现状分析
1.2.2 散热系统结构优化研究现状分析
1.2.3 约束优化进化算法的研究现状
1.3 论文主要内容与章节安排
第二章 IGBT模块的三维有限元热分析
2.1 引言
2.2 IGBT模块的三维有限元热分析
2.2.1 ANSYS有限元热分析简介
2.2.2 IGBT模块的三维有限元热仿真及结果分析
2.2.3 IGBT模块不同芯片间的热耦合分析
2.3 IGBT模块各因素对散热性能的影响
2.3.1 基板对散热性能的影响及分析
2.3.2 焊料层对散热性能的影响及分析
2.3.3 衬板对散热性能的影响及分析
2.4 不同散热系统对散热性能的影响
2.5 本章小结
第三章 基于约束群体极值优化算法的强迫风冷散热系统结构优化设计
3.1 引言
3.2 强迫风冷散热系统结构优化设计问题建模
3.3 基于约束群体极值优化算法的强迫风冷散热系统结构优化设计
3.4 仿真结果及分析
3.5 本章小结
第四章 基于自适应约束种群极值优化算法的散热系统结构优化设计
4.1 引言
4.2 自适应约束处理技术的种群极值优化算法（ATM-CPEO）
4.3 针对典型约束基准测试函数的测试仿真
4.4 基于ATM-CPEO算法的强迫风冷散热系统结构优化设计
4.5 本章小结
第五章 基于非支配排序遗传算法的强迫风冷散热系统结构优化设计
5.1 引言
5.2 多目标优化问题描述与NSGA-Ⅱ算法介绍
5.2.1 多目标优化问题的数学描述
5.2.2 NSGA-Ⅱ算法简介
5.3 基于NSGA-Ⅱ算法的强迫风冷散热系统结构优化设计
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文
攻读硕士学位期间参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]约束优化进化算法综述[J]. 李智勇,黄滔,陈少淼,李仁发. 软件学报. 2017(06)
[2]基于多目标遗传算法的串联通道水冷散热器优化设计[J]. 郝晓红,胡争光,侯琼,方瑛,李学康,彭倍. 机械工程学报. 2013(10)
[3]基于等效热路法的LED阵列散热性能研究[J]. 张建新,牛萍娟,李红月,孙连根. 发光学报. 2013(04)
[4]基于最小熵产法的大功率LED散热器的结构优化[J]. 赖艳华,魏露露,吕明新,赵琳妍,岳虹,刘存芳. 山东大学学报(工学版). 2012(05)
[5]基于改进蚁群算法的双向物流路径优化[J]. 徐久强,邢佩龙,孔秋实,刘大鹏. 东北大学学报(自然科学版). 2012(09)
[6]基于三维热电耦合有限元模型的IGBT失效形式温度特性研究[J]. 郑利兵,韩立,刘钧,温旭辉. 电工技术学报. 2011(07)
[7]基于响应面法的梯形直肋散热板优化设计[J]. 刘蕾,王永军,闵荣,吴建中. 机械科学与技术. 2011(07)
[8]Modified extremal optimization for the hard maximum satisfiability problem[J]. Guo-qiang ZENG 1,Yong-zai LU 2,Wei-Jie MAO 2 (1 College of Physics & Electronic Information Engineering,Wenzhou University,Wenzhou 325035,China) (2 State Key Laboratory of Industrial Control Technology,Institute of Cyber-Systems and Control,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China). Journal of Zhejiang University-Science C（Computers & Electronics）. 2011(07)
[9]绝缘栅双极型晶体管传热模型建模分析[J]. 陈明,胡安,唐勇,汪波. 高电压技术. 2011(02)
[10]进化多目标优化算法研究[J]. 公茂果,焦李成,杨咚咚,马文萍. 软件学报. 2009(02)
博士论文
[1]电力电子器件及其装置的散热结构优化研究[D]. 张健.哈尔滨工业大学 2015
[2]多目标进化算法及其应用研究[D]. 孟红云.西安电子科技大学 2005
硕士论文
[1]IGBT模块集成微流道散热的仿真及优化[D]. 黄道军.西南交通大学 2016
[2]基于自适应遗传算法的多目标优化研究[D]. 顾鹏程.南京航空航天大学 2016
[3]基于有限元法的IGBT模块封装散热性能及热应力的仿真研究[D]. 张薷方.重庆大学 2015
[4]大功率LED灯散热器的优化与散热特性分析研究[D]. 魏露露.山东大学 2013
[5]基于复合形法的板翅式换热器优化设计研究[D]. 张振生.安徽工业大学 2011
本文编号：3037629
【文章来源】：温州大学浙江省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究现状分析
1.2.1 IGBT模块及装置热分析研究现状分析
1.2.2 散热系统结构优化研究现状分析
1.2.3 约束优化进化算法的研究现状
1.3 论文主要内容与章节安排
第二章 IGBT模块的三维有限元热分析
2.1 引言
2.2 IGBT模块的三维有限元热分析
2.2.1 ANSYS有限元热分析简介
2.2.2 IGBT模块的三维有限元热仿真及结果分析
2.2.3 IGBT模块不同芯片间的热耦合分析
2.3 IGBT模块各因素对散热性能的影响
2.3.1 基板对散热性能的影响及分析
2.3.2 焊料层对散热性能的影响及分析
2.3.3 衬板对散热性能的影响及分析
2.4 不同散热系统对散热性能的影响
2.5 本章小结
第三章 基于约束群体极值优化算法的强迫风冷散热系统结构优化设计
3.1 引言
3.2 强迫风冷散热系统结构优化设计问题建模
3.3 基于约束群体极值优化算法的强迫风冷散热系统结构优化设计
3.4 仿真结果及分析
3.5 本章小结
第四章 基于自适应约束种群极值优化算法的散热系统结构优化设计
4.1 引言
4.2 自适应约束处理技术的种群极值优化算法（ATM-CPEO）
4.3 针对典型约束基准测试函数的测试仿真
4.4 基于ATM-CPEO算法的强迫风冷散热系统结构优化设计
4.5 本章小结
第五章 基于非支配排序遗传算法的强迫风冷散热系统结构优化设计
5.1 引言
5.2 多目标优化问题描述与NSGA-Ⅱ算法介绍
5.2.1 多目标优化问题的数学描述
5.2.2 NSGA-Ⅱ算法简介
5.3 基于NSGA-Ⅱ算法的强迫风冷散热系统结构优化设计
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文
攻读硕士学位期间参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]约束优化进化算法综述[J]. 李智勇,黄滔,陈少淼,李仁发. 软件学报. 2017(06)
[2]基于多目标遗传算法的串联通道水冷散热器优化设计[J]. 郝晓红,胡争光,侯琼,方瑛,李学康,彭倍. 机械工程学报. 2013(10)
[3]基于等效热路法的LED阵列散热性能研究[J]. 张建新,牛萍娟,李红月,孙连根. 发光学报. 2013(04)
[4]基于最小熵产法的大功率LED散热器的结构优化[J]. 赖艳华,魏露露,吕明新,赵琳妍,岳虹,刘存芳. 山东大学学报(工学版). 2012(05)
[5]基于改进蚁群算法的双向物流路径优化[J]. 徐久强,邢佩龙,孔秋实,刘大鹏. 东北大学学报(自然科学版). 2012(09)
[6]基于三维热电耦合有限元模型的IGBT失效形式温度特性研究[J]. 郑利兵,韩立,刘钧,温旭辉. 电工技术学报. 2011(07)
[7]基于响应面法的梯形直肋散热板优化设计[J]. 刘蕾,王永军,闵荣,吴建中. 机械科学与技术. 2011(07)
[8]Modified extremal optimization for the hard maximum satisfiability problem[J]. Guo-qiang ZENG 1,Yong-zai LU 2,Wei-Jie MAO 2 (1 College of Physics & Electronic Information Engineering,Wenzhou University,Wenzhou 325035,China) (2 State Key Laboratory of Industrial Control Technology,Institute of Cyber-Systems and Control,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China). Journal of Zhejiang University-Science C（Computers & Electronics）. 2011(07)
[9]绝缘栅双极型晶体管传热模型建模分析[J]. 陈明,胡安,唐勇,汪波. 高电压技术. 2011(02)
[10]进化多目标优化算法研究[J]. 公茂果,焦李成,杨咚咚,马文萍. 软件学报. 2009(02)
博士论文
[1]电力电子器件及其装置的散热结构优化研究[D]. 张健.哈尔滨工业大学 2015
[2]多目标进化算法及其应用研究[D]. 孟红云.西安电子科技大学 2005
硕士论文
[1]IGBT模块集成微流道散热的仿真及优化[D]. 黄道军.西南交通大学 2016
[2]基于自适应遗传算法的多目标优化研究[D]. 顾鹏程.南京航空航天大学 2016
[3]基于有限元法的IGBT模块封装散热性能及热应力的仿真研究[D]. 张薷方.重庆大学 2015
[4]大功率LED灯散热器的优化与散热特性分析研究[D]. 魏露露.山东大学 2013
[5]基于复合形法的板翅式换热器优化设计研究[D]. 张振生.安徽工业大学 2011
本文编号：3037629
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