分形几何增强的拓扑优化设计用于高性能液冷板
应用物理
2026-04-07 v1
摘要
基于密度的双目标拓扑优化（TO）已被广泛应用于液冷板设计，其中设计域被视为具有孔隙率作为设计变量的多孔介质。然而，传统的 TO 方法由于无法在目标函数中明确描述传热面积，难以直接优化对流换热，从而限制了热性能的优化。在本研究中，提出了一种分形几何拓扑优化（FGTO）方法，将分形维数作为额外的设计自由度引入基于密度的 TO 框架。与传统 TO 方法不同，FGTO 明确描述了传热面积，并通过目标函数实现了对流换热的直接优化。与传统 TO 相比，FGTO 在优化液冷板中实现了更复杂的结构拓扑，传热面积提升了 46%。分形维数通过改变输入参数 s 来操纵，增大 s 可以提高 FGTO 结果的热性能，但代价是更大的压降。通过改变 s 可以实现优越的热水力性能，FGTO 结果的平均温度和最高温度分别比传统 TO 结果降低 15.6 K 和 16.9 K。分形几何与 TO 的集成加剧了固相和液相之间目标函数灵敏度的差异，有助于促进固液分离并有助于逃离局部最优解。
引用
@article{arxiv.2603.26437,
title = {A fractal geometry enhanced topology optimization design for high-performance liquid cooling plates},
author = {Zixu Han and Kairan Yang and Peng Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.26437},
year = {2026}
}
备注
47 pages, 18 figures