机械工程学报

作者：裴元帅, 王定标, 王晓亮, 王光辉, 袁洪琳

单位：1. 郑州大学机械与动力工程学院 郑州 450001;2. 热能系统节能技术与装备教育部工程研究中心 郑州 450001

关键词：拓扑优化,插值模型,基座温度,伪三维优化模型；

基金：国家自然科学基金资助项目（21576245）。

随着电子芯片的集成度越来越高，相应的热管理问题也愈加严峻，对热沉进行有效设计则成为一种很好的解决办法。采用变密度的拓扑优化方法对强制风冷热沉进行优化设计，建立由导热基座层和热流设计层组成的伪三维优化模型，并考虑更有实际意义的对流边界和利用RAMP法对热导率和对流传热系数进行插值；以压降最小化为优化目标，以空气吸收热Q最小值为2 W为热约束，分析三组基座温度Tb（314 K、330 K、350 K）下的优化结果。利用拉伸三维热沉的数值模拟验证伪三维优化模型的物理有效性。结果表明，基座温度Tb升高过程中，翅片四周光滑度有所提升但表面积在缩小，占设计区域的比例分别为18%、16%、14%；目标函数φ逐渐降低，分别为0.073、0.036、0.025；设计区域内速度最大值逐渐变小但速度和温度分布更加均匀。三维热沉模拟结果中沿Z轴的速度和温度变化量很小，从而验证伪三维优化模型的物理有效性。

来源：2020年第16期

《机械工程学报》期刊编辑部

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