湍流通道散热器结构拓扑优化方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51905435
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0506.机械设计学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

With the increasing heat dissipation of electronic equipment, the heat dissipating problem has become a key factor restricting its development. The turbulent-flow channelled heat sink (TCHS) is a kind of important heat sinks for electronic equipment whose heat dissipating principle is the turbulent flow heat transfer problem with temperature-dependent thermophysical properties. The topology optimization method can greatly enhance the performance of TCHS. However, most of the existing topology optimization methods are based on laminar heat transfer model with constant thermophysical properties. Few topology optimization methods have been proposed for the turbulent flow heat transfer model with variable thermophysical properties because of the difficult problems of the numerical stability and the global optimization performance caused by the strong nonlinearity of the model. Therefore, the present method is difficult to realize precise topology optimization of TCHS’s structure. This project intends to propose a k-ε type Reynolds time-averaged turbulence model based unified equivalent method for establishing a stable topology optimization model; develop a continuous adjoint sensitivity analysis technique for the coupled turbulent flow heat transfer field with variable thermophysical properties, to explore and reveal the topology optimization mechanism and parameter influence mechanisms of turbulent flow heat transfer with temperature-dependent thermophysical properties; propose a global adaptive implicit function method with no gray area, high precision and better global performance for implementing topology optimization of the turbulent flow heat transfer problem with temperature-dependent thermophysical properties; and obtain the topology optimization method for the turbulent flow heat transfer problem with temperature-dependent thermophysical properties. This research provides theories and methods for achieving the precise topology optimization of TCHS’s structure, which is of great significance to ensure the safe and efficient operation of electronic equipment.
随着电子设备热量耗散不断增大,散热问题已成为制约其发展的关键因素。湍流通道散热器是一种重要电子设备散热器,其散热原理是温度依赖变物性湍流传热问题,拓扑优化方法可实现其性能的大幅度提升。然而,现有拓扑优化方法多基于常物性层流传热模型,由于强非线性造成的数值稳定性和优化全局性难题导致尚缺乏变物性湍流传热模型的拓扑优化方法,难以实现湍流通道散热器结构精确化拓扑优化。本项目拟通过提出基于k-ε雷诺时均湍流模型的统一化等效法,建立稳定化拓扑优化模型;发展变物性湍流传热耦合场的连续伴随灵敏度分析技术,探究并揭示温度依赖变物性湍流传热拓扑优化机理和参数影响机理;提出执行变物性湍流传热拓扑优化的无灰度区域、高精度且全局性较好的全局自适应隐函数法;获得解决温度依赖变物性湍流传热问题的拓扑优化方法。本研究为实现湍流通道散热器结构精确化拓扑优化提供理论和方法,对保障电子设备安全高效运行具有重要意义。

结项摘要

电子设备耗散热量和热流密度的不断增大,使得散热问题成为制约其发展和应用的关键因素。湍流散热器可以实现电子设备较高效率的散热,在工程领域具有广泛应用,拓扑优化方法可大幅提升其性能。现有拓扑优化方法多基于常物性层流传热模型,研究基于变物性湍流传热模型的拓扑优化方法能够得到符合实际传热现象且性能更加优异的设计结果,是实现湍流散热结构精确化拓扑优化的必要手段。然而,由于变物性湍流传热模型的强非线性会造成数值求解稳定性和优化全局收敛性等方面的难题,因此基于该模型的拓扑优化研究较少,制约了湍流散热结构的设计创新。.针对上述难题,本项目开展了温度依赖变物性对流传热、湍流流动、湍流强制和自然对流传热等问题的拓扑优化研究,取得了以下重要结果。1) 发展了基于k-ε湍流模型的统一化等效方法,构建了湍流流动问题的稳定化拓扑优化模型;发展了基于k-ω湍流对流模型的统一化等效方法,构建了湍流强制和自然对流传热问题的稳定化拓扑优化模型。2) 发展了耦合场联立式离散伴随灵敏度分析技术,分别揭示了温度依赖变物性层流对流传热、湍流流动、湍流强制和自然对流传热等问题的拓扑优化机理。3) 发展了一种分离式迎风有限元算法进行湍流强制和自然对流传热控制方程的数值求解,以降低内存使用量和提高数值求解速度。4) 运用变密度方法分别实现了变物性纳米流体层流对流传热、湍流流动、湍流强制和自然对流传热等问题的拓扑优化;5) 探究并揭示了物性参数、流动状态、固体导热系数和纳米流体特性参数等对最优设计结果的影响机制。.本项目研究工作为实现湍流散热结构质轻紧凑和高效节能的创新性设计提供理论和方法依据,对保障电子设备安全高效运行具有实际意义。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Topology optimization of heat sink in turbulent natural convection using k-ω turbulent model
基于k-Ï湍流模型的湍流自然对流散热器拓扑优化
  • DOI:
    10.1016/j.apm.2023.01.028
  • 发表时间:
    2023-01
  • 期刊:
    Applied Mathematical Modelling
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Zhang Bin;Zhu Jihong;Gong Longfei;Jia Kaixun;Gao Limin
  • 通讯作者:
    Gao Limin

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

石墨烯/钛基复合材料的界面反应控制、 微观组织和压缩性能
  • DOI:
    10.13801/j.cnki.fhclxb.20200421.001
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    复合材料学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王娟;张法明;商彩云;张彬
  • 通讯作者:
    张彬
Describing spatiotemporal couplings in ultrashort pulses using coupling coefficients
使用耦合系数描述超短脉冲中的时空耦合
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/20/11/114213
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曾曙光;但有全;张彬;孙年春;隋展
  • 通讯作者:
    隋展
库区面源氮、磷污染对于桥水库水质的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    南水北调与水利科技
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯平;孙冬梅;张彬;李发文
  • 通讯作者:
    李发文
血竭素高氯酸盐抑制高糖诱导的人肾小球系膜细胞结缔组织生长因子的表达
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国中药杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘建国;王全胜;汪永辉;张彬;张丽晓
  • 通讯作者:
    张丽晓
混凝土泵车臂架回转系统动力学分析及预测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    机械强度
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄毅;郭岗;邝昊;张彬
  • 通讯作者:
    张彬

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

张彬的其他基金

考虑承载性能的锂离子电池组湍流散热结构拓扑优化方法研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
考虑承载性能的锂离子电池组湍流散热结构拓扑优化方法研究
  • 批准号:
    52275272
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码