散热通道仿生优化设计

季懿栋,散热通道仿生优化设计,研究背景,1,生长原理,2,算例对比,3,问题难点,4,CONTENTS,研究背景,1,生长原理,2,算例对比,3,问题难点,4,CONTENTS,散热通道优化设计,构型理论,Simp法,渐进结构优化法,研究背景,1,生长原理,2,算例对比,3,问题难点,4,CONTENTS,Murray法则,THEPHYSIOLOGICALPRINCIPLEOFMINIMUMIWORK.I.THEVASCULARSYSTEMANDTHECOSTOFBLOODVOLUME,ByCECILD.MURRAY,基于单根血管模型Poisseuillesequation,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37下液体粘度,Murray法则推导,能量方程,总能量损耗方程,基于总能量损耗最小,Murray法则推导,f1,f2,f3,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R,Tmax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,研究背景,1,生长原理,2,算例对比,3,问题难点,4,CONTENTS,数值算例1,均匀生热单点热沉平面设计域s为0.1m0.1m的正方形。热源的生热率为Q=3103Wm-3。热沉宽度W=0.01m热沉温度T0=0。高导热材料Kp=400w/(mk)。低导热材料K0=1w/(mk)。高导热材料体积约束为20%。网格数量80 x80,数值算例1,数值算例2,均匀生热单点热沉平面设计域s为0.1m0.1m的正方形。热源的生热率为Q=3103Wm-3。热沉宽度W=0.01m热沉温度T0=0。高导热材料Kp=400w/(mk)。低导热材料K0=1w/(mk)。高导热材料体积约束为12.5%。网格数量200*200,数值算例2,数值算例2,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1m1m的正方形。热源的生热率为Q1=100Wm-3，Q2=10Wm-3。热沉宽度W=0.04m热沉温度T0=30。高导热材料Kp=80w/(mk)。低导热材料K0=0.17w/(mk)。高导热材料体积约束为10%-50%。网格数量80*80,数值算例3,SIMP法结果,数值算例3,生长法结果,数值算例3,数值算例3,研究背景,1,生长原理,2,算例对比,3,问题难点,4,CONTENTS,网格依赖&求解耗时,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法则应用不佳,能量损耗最小条件下的murray法则,实际应用的murray法则,Murray法则应用不佳,应用=1的murray法则,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法则应用不佳,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=f1,f1,f2,f3,散热通道模型,f1,f,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法则应用不佳,解决方法：Fluidflowinaporoustree-shapednetwork:OptimaldesignandextensionofHess