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王运宇,阎琨,蔡贤辉,潘余,孙国,陈健,程耿东,刘卫东.基于COMSOL的简化对流传热结构拓扑优化方法[J].计算力学学报,2023,40(4):532~537
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基于COMSOL的简化对流传热结构拓扑优化方法
Topology optimization of simplified convective heat transfer problem by COMSOL
投稿时间:2021-12-29  修订日期:2022-02-26
DOI:10.7511/jslx20211229003
中文关键词:  简化对流换热  拓扑优化  COMSOL
英文关键词:simplified convective heat transfer  topology optimization  COMSOL
基金项目:航空科学基金(2020Z009063001)资助项目.
作者单位E-mail
王运宇 大连理工大学 化工机械与安全系, 大连 116024  
阎琨 大连理工大学 化工机械与安全系, 大连 116024 yankun@dlut.edu.cn 
蔡贤辉 大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室 工程力学系, 大连 116024  
潘余 国防科技大学 空天科学学院 高超声速冲压发动机技术重点实验室, 长沙 410073  
孙国 大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室 工程力学系, 大连 116024  
陈健 国防科技大学 空天科学学院 高超声速冲压发动机技术重点实验室, 长沙 410073  
程耿东 大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室 工程力学系, 大连 116024  
刘卫东 国防科技大学 空天科学学院 高超声速冲压发动机技术重点实验室, 长沙 410073  
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中文摘要:
      提出了一种基于COMSOL平台的简化对流传热结构拓扑优化实现方法。简化对流传热拓扑优化可用于获得性能更优的散热结构概念设计,但缺乏可行性强和适用范围广的实现方法,导致工程应用存在较高的技术门槛。为解决该问题,本研究采用在经典传热方程中引入对流换热项的方式,建立了可用于COMSOL平台简化对流换热分析的控制方程。进一步的,结合COMSOL平台提供的传热分析模块以及拓扑优化模块,搭建了简化对流传热结构拓扑优化计算框架。数值算例考虑了经典二维和三维的简化对流传热结构优化设计问题。结果显示了本文方法的有效性及可行性。
英文摘要:
      This paper presents a simple method to realize topology optimization of simplified convective heat transfer structure based on COMSOL.Topology optimization of simplified convective heat transfer can be used to obtain a better performance of the conceptual design of a heat dissipation structure,but the lack of a feasible and widely applicable implementation method leads to a high technical threshold for engineering applications.In order to solve this problem,this research firstly establishes a governing equation for simplifying convective heat transfer analysis that can be used in the COMSOL by introducing a convective heat transfer term into the classical heat transfer equation.Then,with the help of the heat transfer analysis module and topology optimization module provided by COMSOL,a simplified topology optimization framework for convective heat transfer structures is built.The numerical example considers the classical two-dimensional and three-dimensional simplified convection heat transfer structure optimization design problems.The results show the effectiveness and feasibility of the proposed method.
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