导热优化中的最小传递势容耗散与最小熵产

为了比较分析强化传热中存在的熵产最小化和传递势容耗散最小化两种不同的方法,针对体点问题,根据这两种方法对导热系数分布进行了优化。数值计算和理论分析的结果表明,根据最小传递势容耗散原理得到的结果优于最小熵产原理得到的结果。其原因在于传递势容耗散最小的优化目标是提高热量传递效率,而熵产最小的优化目标实际上是减少可用能损失。

基于最小热量传递势容耗散原理的导热优化

导热是一个不可逆过程,它的优化遵循最小热量传递势容耗散原理。本文根据该原理,对体点问题中的高导热材料布置进行了优化。当域内导热系数的积分为定值时,最小热量传递势容耗散对应于导热系数与当地热流成正比,即全场的温度梯度均匀。以温度梯度均匀化为准则,利用仿生优化方法得到了域内有均匀和非均匀热源时高导热材料的最优布置。

最小热量传递势容耗散原理及其在导热优化中的应用

基于热量传递现象的本质,从传热学的角度定义了热量传递势容和热量传递势容耗散函数,它们的物理意义相应为热量传递能力的总量和热量传递能力的耗散率.针对以提高导热效率为目标函数的导热过程优化,提出了最小热量传递势容耗散原理,即在总导热能力一定的条件下,当热量传递势容耗散为最小时的导热系数分布为最佳,即其导热效率最高.最后,举例说明了最小热量传递势容耗散原理在导热过程优化中的应用.

基于密度法的热传导结构拓扑优化准则算法

热传导结构优化设计研究主要集中在形状及尺寸优化方面,这类方法由于结构初始估计构形带有经验性,通常并不是结构的最优拓扑,使设计具有局限性;为了有效求解热传导结构的最优拓扑,将结构力学中成熟的拓扑优化思想及其方法拓展到热传导结构的拓扑优化设计中,同时以最小热量传递势容耗散为优化目标,基于密度法建立热传导结构拓扑优化设计数学模型,并推导相应的优化准则;计算过程中应用基于卷积的滤波技术处理迭代密度场,消除数值计算不稳定性;不同条件下的数值算例验证了本文思想和算法的正确性、有效性,所得拓扑优化结果为后继的形状和尺寸优化提供了可靠的依据.