项目名称: 非均匀产热体的多目标构形优化

项目编号: No.51506220

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 能源与动力工程

项目作者: 冯辉君

作者单位: 中国人民解放军海军工程大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 电子器件散热问题已成为制约其技术发展的瓶颈,采用高效的传热控制技术对电子器件散热结构进行优化将大大提高其稳定性和可靠性。实际电子器件产热体呈现非均匀化产热的特征,其热优化设计则呈现多元化需求的特点。本项目拟建立高导热通道和冷却流道的非均匀产热体模型,基于熵产生最小化理论、火积理论和构形理论,综合运用数学解析、数值计算和实验研究的方法,开展非均匀产热体的多目标构形优化研究,得到多元化需求下的最优传热结构设计方案,分析热应力、产热体形状、通道形状、通道占比、导热系数比、冷却温度、流速和流态等因素对产热体最佳传热结构和最优传热性能的影响,并对不同优化准则下的最优设计方案进行比较,进而揭示非均匀产热体结构演化的内在规律和强化传热的物理机理。进一步建立冷却流道的非均匀产热体实验平台,获得产热体的温度分布数据,对理论计算结果进行验证。本项目的研究成果可为电子器件等热系统的散热优化设计提供参考。

中文关键词: 非均匀产热;高导热通道;冷却流道;强化传热;结构优化

英文摘要: Electronics cooling problems have become the bottleneck in the development of the electronics technology. The stability and reliability of the electronic device can be greatly improved by adopting high efficiency heat control technology and optimizing its cooling structure. The heat generation body of actual electronic device exhibits the characteristic of non-uniform heat generation, and its thermal optimal design exhibits the characteristic of various demands. This project intends to establish the non-uniform heat generation body models with high conductivity channel and cooling channel, respectively. The multi-objective constructal optimizations of the non-uniform heat generation bodies will be carried out based on entropy generation minimization theory, entransy theory and constructal theory. The methods of mathematic analysis, numerical calculation and experimental research are synthetically applied in the optimizations. The optimal design schemes of heat transfer structures with various demands are obtained. The effects of the thermal stress, heat generation body shape, channel shape, thermal conductivity ratio, cooling temperature, flow speed, flow regime and other factors on the optimal heat transfer structure and optimal heat transfer performance are analyzed. The optimal design schemes under different optimization criteria are compared. The inherent law of the structure evolution and physical mechanism of enhanced heat transfer of the non-uniform heat generation bodies are revealed. The experiment platform of the non-uniform heat generation body with cooling channel is further built. The temperature distribution data of the heat generation body are obtained, and the theoretical calculation results are verified. The research results of this project can provide some references for the optimal cooling designs of thermal systems, such as electronic devices.

英文关键词: non-uniform heat generation;high conductivity channel;cooling channel;enhanced heat transfer;structure optimization

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