自然对流问题的拓扑优化

本文展示了基于密度的拓扑优化方法在基于自然对流效应的散热器和微泵设计中的应用。这些问题在稳态层流假设下进行建模，使用不可压缩 Navier-Stokes 方程，并通过 Boussinesq 近似与对流 - 扩散方程耦合。为了便于拓扑优化，采用 Brinkman 方法对固体域内的速度进行惩罚，并对有效热导率进行插值以适应固相和流相之间热导率的差异。控制方程使用稳定化有限元进行离散化，并利用离散伴随灵敏度分析对两个不同问题进行了拓扑优化。研究表明，拓扑优化是设计由自然对流冷却的散热器几何形状和由自然对流驱动的微泵的可行方法。