[发明专利]一种对散热冷板拓扑边界二次形状优化设计方法

摘要

本发明公开了一种对散热冷板拓扑边界二次形状优化设计方法，包括散热冷板出入口几何尺寸及物理场参数的确定；以散热冷板表面平均温度与流体流动耗散功为加权目标；以体积约束与设计变量约束的拓扑优化模型的建立；二维拓扑优化模型的求解；对拓扑优化结果中流体与固体边界的提取；对拓扑边界的拟合与参数化；二维形状优化模型的求解；三维冷板及其流道模型的建立；冷板表面平均温度的计算。本发明能够合理考虑拓扑优化设计散热冷板流道时存在的缺陷并通过二次形状优化实现了散热冷板散热性能进一步提高，同时改善了温度分布，对指导电子设备的散热冷板设计有重要的意义。

主权项

1.一种对散热冷板拓扑边界二次形状优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据现场电子设备的配置状况，确定功率器件的表面热电流密度和散热冷板的外形尺寸参数；(2)根据冷却设备参数，确定散热冷板出入口处的几何尺寸参数、流速与压力大小、入口处的热通量或平均温度大小，以及确定液体运输工质的材料属性；(3)根据已确定的散热冷板几何尺寸，构建目标函数与优化准则，施加边界条件，建立散热冷板拓扑优化模型；(4)根据拓扑优化模型，进行网格剖分；采用移动渐进算法MMA，进而获得散热冷板流道的拓扑形状；(5)根据所获得的拓扑形状，进行滤波处理，获得拓扑边界；采用样条曲线与贝塞尔曲线对拓扑边界分别进行拟合与参数化，获得参数化后贝塞尔曲线的控制点位置；(6)根据拟合与参数化后的曲线，建立拓扑优化后处理的有限元模型，进行网格剖分，进而获得设计域的温度分布；(7)根据拟合与参数化后的曲线，构建目标函数与优化准则，施加边界条件，建立散热冷板形状优化模型；(8)根据形状优化模型，进行网格剖分；采用线性近似约束优化算法COBYLA优化控制点位置，获得散热冷板流道最优的流固边界；(9)根据形状优化模型获得的流固边界和散热冷板的外形尺寸参数，参考散热冷板的空间几何尺寸参数，建立散热冷板的三维几何模型；(10)根据散热冷板的三维几何模型，施加边界条件，建立散热冷板的有限元模型；(11)根据散热冷板的有限元模型，采用COMSOL软件进行分析并获得散热冷板表面的温度分布；(12)根据散热冷板表面的温度分布，计算其表面的平均温度，同时参考最高温度，判断散热冷板表面的温度分布是否满足要求，若满足，则输出方案数据；否则修改流道可变边界条件，重复步骤(4)～(11)，直至满足要求。