基于两层达西-福克海默模型的多尺度孔隙散热器拓扑优化研究
计算工程、金融与科学
2025-11-29 v1 流体动力学
摘要
本研究提出了一种用于设计集成孔隙晶格结构水冷散热器的拓扑优化框架,其采用两层达西-福克海默模型进行表述。传统的多孔散热器因其复杂几何结构常导致压降过大,从而受限于实际应用。为克服这一问题,本文方法引入了对空洞区域和多孔区域以及分级晶格密度的显式表征,并构建了多物料优化框架。两层达西-福克海默模型实现了高效的降阶仿真,使优化过程中可直接考虑异构的多孔-空洞分布。优化得到的设计被重构为完整尺度的晶格几何,并在固定压降条件下进行耦合热流体有限元分析验证。结果表明,孔隙晶格配置显著优于传统板翅和均匀晶格散热器,在保持较低压力损失的同时,最大努塞尔数提升约20%-30%。
引用
@article{arxiv.2510.18882,
title = {Multi-scale topology optimization of porous heat sinks with voided lattice structure using a two-layer Darcy-Forchheimer model},
author = {Tatsuki Saito and Yuto Kikuchi and Kuniharu Ushijima and Kentaro Yaji},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.18882},
year = {2025}
}
备注
42 pages, 21 figures