基于超几何完美匹配的 3D 热设计空间中热点预防的多保真全局搜索框架
计算工程、金融与科学
2025-11-05 v1 最优化与控制
流体动力学
摘要
我们提出了基于 B 样条的多保真热力优化框架，这是一种针对 3D 散热器进行全局优化的计算高效方法。灵活的 B 样条参数化散热鳍片几何与采用的多保真伪 3D 热力建模策略之间达到了精度与计算成本之间的平衡。在该方法中，光滑紧凑的 B 样条表示为散热鳍片定义了设计空间，可从中生成多样化的拓扑结构，所需的设计变量最少。全局优化器——协方差矩阵自适应进化策略（CMA-ES），在给定表面平均温度约束下最小化压降，以实现压力损失的改进。在该框架中，伪 3D 模型耦合两个热相互作用的 2D 层次：一个热流层代表通过鳍片的流体域，另一个导热基板代表需避免过度平均温度的表面。两个层次与来自高保真 3D 模拟的校准热传递系数耦合。对于几种鳍片几何形状，该框架通过将伪 3D 结果与完整 3D 模拟结果进行比较进行了验证，结果在温度分布和压降方面表现良好，而计算成本降低了多个数量级。在优化结果方面，它相对于传统直鳍片配置实现了最高可达 50% 的压力损失降低，并且揭示了热力性能与液动学效率之间的明确权衡。因此，所提出的方法为快速、几何灵活且优化的散热器设计奠定了新的基础，使能够高效地探索复杂几何结构。
引用
@article{arxiv.2511.02211,
title = {A Multi-Fidelity Global Search Framework for Hotspot Prevention in 3D Thermal Design Space},
author = {Morteza Sadeghi and Hadi Keramati and Sajjad Bigham},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.02211},
year = {2025}
}