[發明專利]樹狀冷板通道自由型面建模與優化設計方法

在審

• 申請號: 202211656808.6
• 申請日: 2022-12-22
• 公開（公告）號: CN116384171A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 田錫威;王偉;孫晨;錢思浩;保宏;王從思;蔡艷召;李鵬;王猛;徐文華
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/00;G06T17/20;G06F119/08;G06F111/10
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 曾慶喜

1.樹狀冷板通道自由型面建模與優化設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)根據現場電子設備的配置狀況，確定功率器件的表面熱流密度和冷板外形尺寸及流道出入口位置；

(2)根據確定的熱流密度與外形尺寸，確定流道出入口幾何尺寸參數、傳熱屬性參數、流動屬性參數以及散熱系統材料屬性；

(3)根據確定的冷板外形尺寸，通過旋轉與平移矩陣參數化構建樹狀流道骨架；

(4)根據確定的骨架，確定分支層之間的基本拓撲關系；

(5)根據確定的分支層拓撲關系，將每個分支長度分為三部分，并進一步將各長度歸一化處理；

(6)根據歸一化后的分支各部分，分別構建位于各分支中的分支層間與分支層內的幾何與拓撲關系，同時包括通道模式、通道截面以及通道扭轉；

(7)根據確定樹狀流道模型，進一步參數化構建樹狀流道與平行流道的聯結部分；

(8)根據工程需求，構建優化框架的設計變量，包括表征通道模式的三次B樣條函數的控制系數；包括表征通道截面以及通道扭轉的伯恩斯坦函數的控制系數；還包括樹狀幾何特征變量控制參數；構建優化框架的目標函數，分別以最小化冷板上下表面的平均溫度與溫度均方根作為優化冷板整體性能與溫度分布均勻性的指標；

(9)根據形狀優化模型，施加邊界條件，建立具有樹狀與平行通道的冷板有限元模型；

(10)根據冷板的有限元模型，采用非支配排序遺傳算法II優化目標函數，獲得改進后的冷板及功率器件表面的溫度分布。

2.根據權利要求1所述的樹狀冷板通道自由型面建模與優化設計方法，其特征在于，步驟(1)和(2)中，所述冷板外形尺寸包括長L、寬W、高H；出入口幾何尺寸參數包括入口直徑D_in和D_out；所述傳熱屬性參數包括入口流體問題T_in、外部墻壁的絕熱邊界、離散熱源Q；所述流動屬性參數包括入口流速U_in和出口壓力P_out；所述散熱系統材料有固體材料鋁6061-T6、液體運輸工質水，其屬性包括：固體導熱率k_s、流體導熱率k_f、流體定壓比熱容C_p和流體密度ρ。

3.根據權利要求2所述的樹狀冷板通道自由型面建模與優化設計方法，其特征在于，步驟(3)中，所述通過旋轉與平移矩陣參數化構建樹狀流道骨架，其擬合在XOY平面內進行，Z為高度方向；其旋轉與平移矩陣為公式(1)：

其中，t和θ是構建樹狀骨架與后續建模的參數變量；第1項中的X(t，θ)、Y(t，θ)、Z(t，θ)是對應幾何特征在全坐標系下的空間位置，幾何特征包括點、線、面，無參數變量時為點，一個參數變量時為線，兩個參數變量時為面；第2項和第3項是在局坐標系下，即第4項幾何特征的空間位置x(t，θ)、y(t，θ)、z(t，θ)旋轉到全坐標的空間參數，其中第2項為繞Z軸旋轉，是其旋轉量，第3項為繞Y軸旋轉，是其旋轉量；第5項為局部到全局的平移量；構建樹狀骨架時，由于在XOY面內操作，因此需要移除第3項，并且骨架為線特征，參數變量僅保留t。

4.根據權利要求3所述的樹狀冷板通道自由型面建模與優化設計方法，其特征在于，步驟(4)中，根據公式(2)確定分支層之間的基本拓撲關系：

其中，m表示樹狀流道的第m個分支層，P_m表示該分支層內第P_m個分支；和分別表示第m個分支層第P_m個分支的通道直徑與第m+1個分支層第P_m+1個分支的通道直徑；和分別表示第m個分支層第P_m個分支的末端截斷距離和第m+1個分支層第P_m+1個分支的首端截斷距離；表示第m個分支層第P_m個分支在末端的分叉角度為