There has been a growing interest in controlled heat flux manipulation to increase the efficiency of thermal apparatus. Heat manipulators control and manipulate heat flow. A key to the effective performance of these heat manipulators is their thermal design. Such designs can be achieved by a periodic assembly of unit cells (known as metamaterials or meta-structure), whose geometry and material properties can be optimized for a specific objective. In this work, we focus on thermal metamaterial-based heat manipulators such as thermal concentrator (which concentrates the heat flux in a specified region of the domain). The main scope of the current work is to optimize the shape of the heat manipulators using Particle Swarm Optimization (PSO) method. The geometry is defined using NURBS basis functions due to the higher smoothness and continuity and the thermal boundary value problem is solved using Isogeometric Analysis (IGA). Often, nodes as design variables (as in Lagrange finite element method) generate the serrate shapes of boundaries which need to be smoothened later. For the NURBS-based boundary with the control points as design variables, the required smoothness can be predefined through knot vectors and smoothening in the post-processing can be avoided. The optimized shape generated by PSO is compared with the other shape exploited in the literature. The effects of the number of design variables, the thermal conductivity of the materials used, as well as some of the geometry parameters on the optimum shapes are also demonstrated.


翻译:对控制热通量的操纵越来越感兴趣,以提高热设备的效率。热操纵器控制并操纵热流。热操纵器有效运行的关键是热设计。这种设计可以通过单元细胞(称为元材料或元结构)的定期组合(称为元材料或元结构)实现,这些单元的几何和物质特性可以优化以达到特定目标。在这项工作中,我们侧重于热离子热材料制热操纵器等热离子材料制热调控器(它将热通量集中到特定区域)。目前工作的主要范围是利用粒子Swararm Optim化(PSO)方法优化热调控管器的形状。由于更顺畅和连续性以及热边界值问题,因此可以使用NURBS基础功能定期组合。通常,以设计变量(如Lagrange有限元素法)为节点,产生需要更平稳的边界形状。对于以NURBS为基础的边界和作为设计变量的形状进行优化。在设计变量上,需要平稳的平滑度作用可以先通过SO的形状加以界定。通过优化后,在设计中,将优化的容器的形状加以利用,以优化的容器的形态的形状进行优化的形态的容器的形状进行分析。

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