基于3D打印半导体热电材料的PEMFC温控系统

提出了一种基于3D打印半导体热电材料的温控系统,系统主要由散热模块、水循环模块以及控温模块三个模块组成。本项目创新性地设计了类圆弧状制冷片,利用3D打印技术,实现了碲化铋基半导体热电材料的复杂成型,进而制得了类棱台状的热电臂。热电臂的新型变截面结构可以强化半导体的瞬态超冷性能,能够提半导体高热电材料的利用率,且端面面积保持与传统半导体制冷器相同,大大提高了其制冷效率。

考虑局部过热约束的自支撑结构等几何拓扑优化

等几何拓扑优化方法实现结构几何、分析和优化模型的统一,在结构优化领域具有重要的应用潜力。拓扑优化设计的结构构型复杂,通常需要采用增材制造加工成型。为确保结构的可制造性,其必须满足特定的工艺条件,因此,在优化设计阶段考虑制造工艺约束显得尤为重要。针对金属增材制造中常见的局部过热现象和悬垂角要求,提出一种约束局部过热的自支撑结构等几何拓扑优化方法。采用基于等几何分析的变密度法,引入可打印密度的概念,将不满足打印要求的单元过滤,实现结构自支撑;采用稳态热过程模拟模型近似评估结构的局部过热程度,并将其引入等几何拓扑优化模型中加以约束。数值算例和仿真结果表明,相比于传统等几何拓扑优化方法和仅考虑自支撑特性的等几何拓扑优化方法,该方法设计的结构在满足自支撑特性的基础上,能有效缓解增材制造中结构的局部过热现象,从而减小结构的热变形,提高尺寸精度。