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散热结构设计的拓扑优化方法

刘书田  贾海鹏  贺丹  张永存  
【摘要】:随着科技的发展,结构器件向轻质小型化发展。例如,在电子工业中,器件(例如集成电路) 设计的重要目标是在给定的空间上布置尽可能多的元器件。微机电系统的重要目标也要求在满足特定功能的条件下,尽可能缩小系统的尺度。为实现轻质小型化的目标,设计有效的冷却系统,使器件内部的最大温度不超过所要求的水平,以使器件能够正常工作,成为重要的研究热点。目前,对流散热技术是实现冷却的重要措施。其中,冷却济采用单相或多相流体。实现对流散热需要设置对流管道,以通过冷却济的流动实现对流换热。对流管道需要较大的空间,当器件尺度很小或器件布置紧密,设置对流散热结构受到空间限制时,则传导成为有效散热的主要措施。也就是说,设计有效导热的结构,以使热能够快速传递到另一区域(热汇),然后采用对流等散热技术散掉热量。因此,具有最佳热传导性能的结构设计成为重要的研究课题。但目前结构拓扑优化主要考虑结构承载能力,而从结构拓扑设计角度设计结构形式以提高散热性能方面的研究较少。本文研究冷却系统设计的拓扑优化方法,建立依赖热传导的最佳散热结构拓扑优化问题的提法和求解方法,为散热系统的热流通道布置设计提供有效的设计方法。

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