基于瞬态伪三维热流模型实现芯片瞬时冷却的散热器拓扑优化
流体动力学
2021-10-07 v1 计算工程、金融与科学
摘要
随着电子元件功率密度的增加，散热器的散热能力逐渐成为瓶颈。许多结构优化方法，包括拓扑优化，已广泛用于散热器。由于其高设计自由度，建议采用拓扑优化方法并借助瞬态伪三维热流模型设计散热器，以获得更好的瞬时热性能。伪三维模型旨在降低计算成本并保持可接受的精度。该模型依赖人工对流换热系数耦合两层，并与相应三维模型建立近似关系。模型中处理恒定压降与产热率。优化材料分布以降低规定终止时刻基板的平均温度。此外，为减少基于密度的拓扑优化过程中的中间密度区域，对插值函数进行了详细分析并据此选择惩罚因子。最后，考虑模型的工程应用，构建了具有更强冷却介质和更高入口压力的实用模型。优化设计显示出更好的瞬时热性能，与参考设计相比泵功降低 66.7%。
引用
@article{arxiv.1911.12987,
title = {Topology optimization of heat sinks for instantaneous chip cooling using a transient pseudo-3D thermofluid model},
author = {Tao Zeng and Hu Wang and Mengzhu Yang and Joe Alexandersen},
journal= {arXiv preprint arXiv:1911.12987},
year = {2021}
}
备注
55 pages, 36 figures