发热产品和装备冷却通道布置拓扑优化方法

发布时间：2024-06-02 00:49

　　冷却通道结构广泛应用于芯片、电池以及模具等产品和装备中。冷却液在产品及装备内部循环流动,以对流换热的方式将热源处的热量传递到外部,是一种效率较高的散热方式。冷却通道在结构中的布置形式直接影响结构的散热性能。通过改变通道的进出口位置及内部形式可以满足工程上的各种散热要求,比如:降低指定区域内的最高温度、或保证特定区域内的温度均匀等。对冷却通道的布置进行优化设计,提供良好的工作温度是保证元件及装备正常工作、延长其使用寿命的关键。在冷却通道的设计过程中,除了考虑通道内部流体流动对温度场的影响外,还需要考虑通道空腔对结构强度的影响。比如,在热冲压水冷模具工作过程中,模具表面一方面受到高温板料的热载荷,一方面受到模具合模后产生的表面压力。因此,在对冷却效率及结构强度等指标进行分析时,需要构建一个多物理场耦合的模型,对流速场、温度场和位移场进行描述。此外,受加工工艺等条件的限制,还需要考虑通道的尺寸约束对冷却通道布局的影响。传统的冷却通道布置设计主要采用以通道尺寸参数为设计变量的方法,该方法受尺寸及形状等优化参数范围的限制,可行解空间被压缩,将潜在的可行解排除在外。拓扑优化是一种以拓扑结构为变量的...

【文章页数】：157 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１冷却通道优化设计中需要考虑的因素??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｆａｃｔｏｒｓ?ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ?ｉｎ?ｃｏｏｌｉｎｇ?ｃｈａｎｎｅｌ?ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ?ｄｅｓｉｇｎ??

图１．１冷却通道优化设计中需要考虑的因素??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｆａｃｔｏｒｓ?ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ?ｉｎ?ｃｏｏｌｉｎｇ?ｃｈａｎｎｅｌ?ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ?ｄｅｓｉｇｎ??除了以上设计流程中的复杂性外，高速发展的研发节奏也提出了新的挑战。随着新??产品和新工艺的出现，....

图１．２不同优化空间内的通道优化设计??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｃｈａｎｎｅｌ?ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ?ｄｅｓｉｇｎ?ｐｒｏｂｌｅｍ?ｔｙｐｅ?ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ?ｂｙ?ｄｅｓｉｇｎ?ｓｐａｃｅ??

或其它物理场进行模拟，结合最优化理论及方法对通道尺寸和位置等参数进行设计。根??据优化空间的不同，可以将冷却通道的优化问题分为（二维）截面问题，（二维）平面??布置问题和三维布置问题，如图１．２。??＼?４ｆ?＼?—ｉｆ＃??Ｉ１?＼Ｌ?１／??（ａ）二维截面布置优化?（ｂ）二维....

图１．３通道截面优化设计研究?

??１．２．１截面冷却通道布置??截面冷却通道布置的研宄主要集中在模具类产品上，如图１．３所示。Ｈｏｆｆｍａｎｎ等［２５］??在对热冲压的冷却通道设计时，不考虑流体的特性，在通道壁面上施加对流换热系数边??界条件，以通道尺寸为约束条件，通道个数为变量，对模具冷却效能进行优化，其研....

图１．４冷却通道平面布置优化设计研究??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｏｎ?ｏｐｔｉｍｉｚ?

明该方法在考虑层流流动的通道截面优化设计时，具有较好的鲁棒性。??１．２．２平面冷却通道布置??平面冷却通道布置广泛应用于电池和芯片类产品的冷却通道优化设计上，如图１．４??所示。】〇＾從等［３５，３６］在进行电池内冷却通道的布置时，假设方形区域内布置一根从入口??到出口的通道，....

本文编号：3986616