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基于COMSOL液冷板拓扑优化设计

丁晓红1, 杨建东1, 熊敏1, 张横1, 冯培轩1
1上海理工大学
发布日期 2024

液冷板因成本低和散热效率高，是目前应用广泛的散热手段之一，广泛应用于芯片、航空汽车等领域。液冷板的流道布置对其散热和均温性能至关重要，为获得性能优良的流道布置，采用设计自由度高的拓扑优化设计方法已成为主流。 在本研究中，利用COMSOL软件研究了液冷板设计中的关键问题。首先，为了提高优化结果的普适性，在多孔介质和优化模块中对流体控制方程进行了无量纲处理，以最大换热量为优化目标，以体积分数为约束，对不同进出口布置的液冷板进行了优化设计。其次，为了保证结构稳定性和安全性，考虑了流体压力对液冷板的影响，并采用了弱形式方程来实现流固耦合和拓扑优化设计的结合。此外，通过施加外部载荷，实现在优化过程中直接考虑了液冷板的承载性能。为了进一步增加换热面积并提升均温性能，在宏观优化流道中加入了仿生叶脉的微观流道，形成了双尺度流道设计。然后，对优化结果进行三维有限元仿真，并与传统流道进行性能对比，结果表明优化后的流道在散热、均温以及结构稳定性方面均取得了显著提升。最后，进行样品试制，通过测试实验进一步验证了设计方法的可行性和准确性。

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