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Least dissipation principle of heat transport potential capacity and its application in heat conduction optimization 被引量:84
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作者 GUOZengyuan CHENGXinguang 《Chinese Science Bulletin》 SCIE EI CAS 2003年第4期406-410,共5页
In the viewpoint of heat transfer, heat transport potential capacity and its dissipation are defined based on the essence of heat transport phenomenon. Respectively, their physical meanings are the overall heat transf... In the viewpoint of heat transfer, heat transport potential capacity and its dissipation are defined based on the essence of heat transport phenomenon. Respectively, their physical meanings are the overall heat transfer capa-bility and the dissipation rate of the heat transfer capacity. Then the least dissipation principle of heat transport poten-tial capacity is presented to enhance the heat conduction efficiency in the heat conduction optimization. The principle is, for a conduction process with the constant integral of the thermal conductivity over the region, the optimal distribu-tion of thermal conductivity, which corresponds to the high-est heat conduction efficiency, is characterized by the least dissipation of heat transport potential capacity. Finally the principle is applied to some cases in heat conduction optimi-zation. 展开更多
关键词 传热 导热 最小损耗原则 非平衡态 优化
原文传递
Evolutionary Topology Optimization for Heat Conduction Fields 被引量:1
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作者 LI Jiachun~(1,2) YE Bangyan~1 TANG Yong~1 GUAN Qiming~2 YANG Xudong~2 (1.College of Mechanical Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China, 2.School of Mechanical Engineering and Automation,Guizhou University,Guiyug 550025,China) 《武汉理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第S3期876-881,共6页
An effective evolutionary method for solving the structural topology design problems of heat conductive fields is presented in this paper.The topology optimization model based on minimizing the heat transport potentia... An effective evolutionary method for solving the structural topology design problems of heat conductive fields is presented in this paper.The topology optimization model based on minimizing the heat transport potential capacity dissipation of heat conductive field is then established and the corresponding sensitivity of objective function is derived to determine which elements would be removed of the heat conductive field for having the increment of the objective heat transport potential capacity dissipation minimized.A Filtering technique is employed in sensitivity field to eliminate numerical instabilities in the evolutionary procedure. Numerical examples are presented to demonstrate the validity and the engineering applicability of the evolutionary method by con- trast with SIMP method,meanwhile we can come to a conclusion that higher speed of convergence and clearer optimal topology dis- tribution without intermediate elements can be attained by using evolutionary strategy,with the results laying a reliable foundation for the subsequent shape and size optimizations in thermal engineering. 展开更多
关键词 evolution heat transport potential capacity dissipation TOPOLOGY optimization FILTERING technique
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基于密度法的热传导结构拓扑优化准则算法 被引量:12
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作者 李家春 叶邦彦 +2 位作者 汤勇 管琪明 刘伟 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期27-32,共6页
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... 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. 展开更多
关键词 热传导 拓扑优化 密度法 最小热量传递势容耗散 滤波技术
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导热与弹性系统及导电的相似性 被引量:37
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作者 韩光泽 朱宏晔 +1 位作者 程新广 过增元 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期1022-1024,共3页
本文将导热系统与弹性力学系统以及带电系统类比,发现这三种不同类型的系统在输运方面具有一致的行为特征,有相同的数学表达方式。都是在强度量的作用下,广延量的输运过程。强度量在被传递的广延量上的累积效果由广义功反映,广义功就是... 本文将导热系统与弹性力学系统以及带电系统类比,发现这三种不同类型的系统在输运方面具有一致的行为特征,有相同的数学表达方式。都是在强度量的作用下,广延量的输运过程。强度量在被传递的广延量上的累积效果由广义功反映,广义功就是传递过程中的传递能力,传递能力在过程中有损耗。定义了导热过程中的热力功,它等于传热温度与传递的热量的乘积,反映了温度在传热量上的累积效果。热力功是传递中的热量传递势容,总热力功等于系统热量传递势容的改变量,热量传递势容表示物体的导热能力。 展开更多
关键词 传递相似性 导热系统 热力功 热量传递势容
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基于最小热量传递势容耗散原理的导热优化 被引量:22
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作者 程新广 李志信 过增元 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第1期94-96,共3页
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。... 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。 展开更多
关键词 导热优化 最小热量传递势容耗散原理 仿生优化 散热
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热传导中的变分原理 被引量:17
6
作者 程新广 李志信 过增元 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第3期457-459,共3页
采用力学中建立最小势能原理和最小余能原理的加权余量法,分别得到了热传导中势能型与余能型的变分原理。通过对势能型变分原理的分析发现,对于可逆的导热过程,“力”(热流)在“位移”(温度)上做的“功”完全转换为物体的“势能”,即热... 采用力学中建立最小势能原理和最小余能原理的加权余量法,分别得到了热传导中势能型与余能型的变分原理。通过对势能型变分原理的分析发现,对于可逆的导热过程,“力”(热流)在“位移”(温度)上做的“功”完全转换为物体的“势能”,即热量传递势容。而在不可逆的稳态导热过程中,这个势能完全被耗散掉了,成为传递势容耗散。对于非稳态导热过程,则类似于粘弹性物体,热流在温度位移上做的“功”一部分转换为物体的传递势容,而另外一部分成为传递势容的耗散。 展开更多
关键词 变分原理 热量传递势容 热量传递势容耗散
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导热能力损耗的机理及其数学表述 被引量:86
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作者 韩光泽 过增元 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第17期98-102,共5页
热量传递势容(势容,又称为火积)反映了物体的导热能力,它等于物体的热容量与温度乘积的一半。提出了热力功的概念,它被定义为传热温度与被传递热量的乘积。传热过程中的热力功等于势容的改变量,热力功就是传递过程中的势容。在导热过程... 热量传递势容(势容,又称为火积)反映了物体的导热能力,它等于物体的热容量与温度乘积的一半。提出了热力功的概念,它被定义为传热温度与被传递热量的乘积。传热过程中的热力功等于势容的改变量,热力功就是传递过程中的势容。在导热过程中势容会出现损耗,势容损耗的机理是,传热物体的温度高于吸热物体的温度,传热物体的温度所做的热力功多于吸热物体的温度所做的热力功。导热过程中的势容损耗被定义为传热物体的温度与吸热物体温度的差所做的热力功。单位时间单位体积内的势容损耗等于导热系数与温度梯度平方的乘积,该表达式可作为导热系统优化的目标函数。势容可同时作为热力学中导热过程可逆性的判据。 展开更多
关键词 热力功 热量传递势容损耗 [火积] 导热优化 过程可逆性
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导热优化中的最小传递势容耗散与最小熵产 被引量:56
8
作者 程新广 孟继安 过增元 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期1034-1036,共3页
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... 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。 展开更多
关键词 最小熵产 最小传递势容耗散 强化传热 导热系数
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层流对流换热中的势容耗散极值与最小熵产 被引量:37
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作者 吴晶 程新广 +1 位作者 孟继安 过增元 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期100-102,共3页
在一定的约束条件下,存在一个最优的速度场,它能够使得温度场和速度场的协同程度最好,从而使得对流换热的整体传热性能达到最优。目前对传热效果的评价存在熵产最小化和势容耗散取得极值两种不同的准测。分别根据这两种优化准则,用变分... 在一定的约束条件下,存在一个最优的速度场,它能够使得温度场和速度场的协同程度最好,从而使得对流换热的整体传热性能达到最优。目前对传热效果的评价存在熵产最小化和势容耗散取得极值两种不同的准测。分别根据这两种优化准则,用变分方法推导了在粘性耗散一定的条件下,稳态无内热源的层流对流换热的场协同方程,并对方腔内对流换热问题进行了优化。数值计算结果表明,势容耗散取得极值时的换热效果优于熵产最小的结果,因此势容耗散极值原理更适合做为对流换热的优化准则。 展开更多
关键词 最小熵产 势容耗散极值 场协同方程 对流换热
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随机变量下的热传导结构拓扑优化设计 被引量:7
10
作者 尤芳 陈建军 +1 位作者 曹鸿钧 谢永强 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期111-117,共7页
研究具有随机变量的稳态热传导结构在散热弱度约束下的拓扑优化设计问题.建立了以单元相对导热系数为设计变量,导热材料体积极小化为目标函数,满足散热弱度可靠性指标为约束条件的稳态热传导结构的拓扑优化设计数学模型.基于随机因子法... 研究具有随机变量的稳态热传导结构在散热弱度约束下的拓扑优化设计问题.建立了以单元相对导热系数为设计变量,导热材料体积极小化为目标函数,满足散热弱度可靠性指标为约束条件的稳态热传导结构的拓扑优化设计数学模型.基于随机因子法,利用代数综合法推导出散热弱度的数字特征的计算表达式.采用渐进结构优化方法(Evolutionary Structural Optimization,ESO)求解,并利用过滤技术消除优化过程中的数值不稳定性现象.通过两个算例验证文中模型及求解策略、方法的合理性和有效性. 展开更多
关键词 热传导 随机变量 散热弱度 可靠性 随机因子法 拓扑优化
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不同目的热优化目标函数:热量传递势容损耗与熵产 被引量:39
11
作者 韩光泽 过增元 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期811-813,共3页
热量传递势容(势容)反映了物体的导热能力,在导热过程中势容有损耗,对应于势容损耗最小的导热过程效率最高,传热速率最大。熵反映了过程的不可逆性,在导热过程中熵有增加(熵产),对应于熵产最小的过程是系统做有用功的能力((?))损失最小... 热量传递势容(势容)反映了物体的导热能力,在导热过程中势容有损耗,对应于势容损耗最小的导热过程效率最高,传热速率最大。熵反映了过程的不可逆性,在导热过程中熵有增加(熵产),对应于熵产最小的过程是系统做有用功的能力((?))损失最小的过程。以势容损耗和熵产为目标函数,分别对导热平板和圆形导热管进行了导热优化计算。以势容损耗作为目标函数的优化,要求沿传热方向温度的梯度为常数,结果是系统具有最大的导热能力。以熵产作为目标函数的优化,要求沿传热方向温度的自然对数的梯度为常数,结果是系统具有最小的(?)损耗。 展开更多
关键词 热量传递势容损耗 熵产 [火用] 导热优化
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散热结构拓扑优化目标函数的讨论 被引量:16
12
作者 乔赫廷 张永存 刘书田 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期1112-1117,1122,共7页
将几何平均温度作为最高温度的近似引入到散热结构拓扑优化中,建立了新的散热结构拓扑优化模型,采用伴随法推导了与该函数对应的灵敏度分析列式,并通过比较最高温度、最大温度梯度以及温度方差(衡量温度场均匀程度的指标)等特征指标来... 将几何平均温度作为最高温度的近似引入到散热结构拓扑优化中,建立了新的散热结构拓扑优化模型,采用伴随法推导了与该函数对应的灵敏度分析列式,并通过比较最高温度、最大温度梯度以及温度方差(衡量温度场均匀程度的指标)等特征指标来研究基于几何平均温度的优化模型与两个传统优化模型在散热结构拓扑优化设计中的差异以及各自适用的设计范围。 展开更多
关键词 拓扑优化 散热弱度 温度方差 几何平均温度 有限元
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考虑拓扑相关热载荷的散热结构多相材料拓扑优化设计 被引量:6
13
作者 赵清海 张洪信 +2 位作者 蒋荣超 华青松 袁林 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第20期2403-2411,共9页
针对热传导拓扑优化设计过程中拓扑相关热载荷问题,以结构散热弱度为目标函数,体积分数为约束条件,构建了多相材料散热结构拓扑优化数学模型。采用一种基于变密度理论的有序固体各向同性微结构材料惩罚模型法构建多相材料插值模型,分别... 针对热传导拓扑优化设计过程中拓扑相关热载荷问题,以结构散热弱度为目标函数,体积分数为约束条件,构建了多相材料散热结构拓扑优化数学模型。采用一种基于变密度理论的有序固体各向同性微结构材料惩罚模型法构建多相材料插值模型,分别进行拓扑相关热载荷与拓扑独立热载荷作用下的灵敏度分析,借助优化准则法推导设计变量的迭代格式,引入偏微分方程过滤方法抑制优化过程中出现的数值不稳定现象。通过2D与3D数值模型计算,获得考虑拓扑相关热载荷、拓扑独立热载荷以及耦合拓扑独立/相关热载荷在不同边界条件下对拓扑优化结果的影响规律。结果证明了所提方法在解决拓扑相关热载荷作用下散热结构多相材料拓扑优化设计问题方面的有效性与可行性。 展开更多
关键词 多相材料 热传导 拓扑优化 拓扑相关 散热弱度
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二维方腔内对流换热的场协同分析 被引量:2
14
作者 魏澍 过增元 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第3期466-468,共3页
通过对协同方程的求解,得到在二维方腔内换热效果最优的流场形态随粘性阻力的增加而转变的现象。本文利用附加体积力和挡板的手段,用数值方法再现了粘性耗散不同时最优流场的几种流动形态。不同工况下的数值结果证实了换热效果较好的流... 通过对协同方程的求解,得到在二维方腔内换热效果最优的流场形态随粘性阻力的增加而转变的现象。本文利用附加体积力和挡板的手段,用数值方法再现了粘性耗散不同时最优流场的几种流动形态。不同工况下的数值结果证实了换热效果较好的流动形态会随着粘性阻力的增加而发生转变的观象。最后,讨论了挡板热导率等参数对换热效果的影响。 展开更多
关键词 热量传递势容 换热优化 流动形态
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具体热源的湍流对流中热量传递势容耗散的界 被引量:3
15
作者 魏琪 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第8期1354-1356,共3页
本文从数学上确定了具体热源的湍流对流中时均热量传递势容耗散的上界和下界,该上界和下界反映了体热源对湍流对流中热量传递势容耗散的影响。其上界表明具体热源的湍流对流中时均热量传递势容耗散不会大于导热情况下时均热量传递势容耗... 本文从数学上确定了具体热源的湍流对流中时均热量传递势容耗散的上界和下界,该上界和下界反映了体热源对湍流对流中热量传递势容耗散的影响。其上界表明具体热源的湍流对流中时均热量传递势容耗散不会大于导热情况下时均热量传递势容耗散;其下界表明,给定湍流流场的统计特性,即在某种意义上,粘性耗散一定,这时时均热量传递势容耗散可能达到的下界依赖于体热源和速度的时均值。 展开更多
关键词 湍流对流 体热源 热量传递势容耗散
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扭旋叶片组合方式对静态混合器湍流传热性能的模拟分析 被引量:2
16
作者 张静 吴剑华 龚斌 《机械工程师》 2012年第2期50-52,共3页
分别对一个截面上安有1~4个扭旋叶片的静态混合器的湍流传热性能进行模拟分析,并利用热量传递势容耗散评价四种组合方式下静态混合器的传热性能。研究结果表明,在相同的粘性耗散条件下,单叶片与双叶片组合的热量传递势容耗散量接近,四... 分别对一个截面上安有1~4个扭旋叶片的静态混合器的湍流传热性能进行模拟分析,并利用热量传递势容耗散评价四种组合方式下静态混合器的传热性能。研究结果表明,在相同的粘性耗散条件下,单叶片与双叶片组合的热量传递势容耗散量接近,四叶片组合的热量传递势容耗散量最低,三叶片组合在两者之间;四叶片组合的传热效率最高,三叶片组合次之,双叶片组合与单叶片接近。多叶片组合排列方式形成的多纵向涡明显改善了近壁区二次流速度场与温度场的协同性。 展开更多
关键词 扭旋叶片排列方式 数值模拟 热量传递势容耗散 流场协同理论 多纵向涡
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势容损耗及熵产与导热优化
17
作者 韩光泽 郭平生 +1 位作者 李绍新 华贲 《华北电力大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2004年第6期24-27,共4页
热量传递势容(势容)反映了物体的导热能力,在导热过程中势容有损耗,对应于势容损耗最小的导热过程效率最高,传热速率最大。熵反映了过程的可逆性,在导热过程中熵有增加(熵产),对应于熵产最小的过程是 损失最小的过程,这种过程最大程度... 热量传递势容(势容)反映了物体的导热能力,在导热过程中势容有损耗,对应于势容损耗最小的导热过程效率最高,传热速率最大。熵反映了过程的可逆性,在导热过程中熵有增加(熵产),对应于熵产最小的过程是 损失最小的过程,这种过程最大程度地保持了系统作有效功的能力。讨论了势容损耗和熵产在导热优化中的作用,以圆形导热管为例,分析了这两种优化目标函数的差异。 展开更多
关键词 导热过程 热力学 热量传递势容 熵产 优化
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周期性功能梯度结构稳态热传导拓扑优化设计 被引量:4
18
作者 李信卿 赵清海 +2 位作者 张洪信 张铁柱 陈建良 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第19期2348-2356,共9页
提出了一种考虑周期性约束的功能梯度结构稳态热传导拓扑优化设计方法。建立了基于变密度理论的固体各向同性微结构惩罚(SIMP)模型的周期性功能梯度拓扑优化模型。以整体结构散热弱度最小化为目标函数、体积分数为约束条件进行宏观拓扑... 提出了一种考虑周期性约束的功能梯度结构稳态热传导拓扑优化设计方法。建立了基于变密度理论的固体各向同性微结构惩罚(SIMP)模型的周期性功能梯度拓扑优化模型。以整体结构散热弱度最小化为目标函数、体积分数为约束条件进行宏观拓扑优化,提取了最优构型中各预设梯度层的体积分数;通过重新分配单元散热弱度,实现了梯度层周期性约束设置。借助基于偏微分方程的灵敏度过滤方法消除数值不稳定问题,并采用移动渐近线法对设计变量进行了迭代更新。通过2D和3D数值算例分析了全局周期以及周期性分层梯度设置下,不同离散单元和子区域个数对宏观结构和微观构型的影响规律。研究结果表明:所提方法能够实现周期性约束下功能梯度结构的拓扑优化设计,不同子区域个数条件下均能获得清晰的周期性功能梯度结构且所获得的结构具有良好的散热性能。 展开更多
关键词 功能梯度 周期性的 拓扑优化 热传导 散热弱度
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基于传热势容耗散极值定理的室内温度场优化 被引量:1
19
作者 于萍 耿伟轩 +2 位作者 黄传辉 郭华锋 孙健 《流体机械》 CSCD 北大核心 2018年第12期69-72,共4页
根据传热势容耗散函数,利用变分原理在给定条件下对耗散函数求极值,获得场协同方程,求解场协同方程获得室内最佳流场。研究发现,流场优化之后室内流体温度分布更为均匀;传热势容耗散增大,对流换热能力减弱,室内的平均温度升高,但流场的... 根据传热势容耗散函数,利用变分原理在给定条件下对耗散函数求极值,获得场协同方程,求解场协同方程获得室内最佳流场。研究发现,流场优化之后室内流体温度分布更为均匀;传热势容耗散增大,对流换热能力减弱,室内的平均温度升高,但流场的扰动更加剧烈,冷热流体混合更趋于均匀,室内流体温差减小;进口风速提高,虽然可以提高进口冷空气和室内热空气的对流传热系数,带走更多热量,使室内流体的平均温度降低,但进口冷空气对室内热空气的稀释作用也会增强,导致室内热空气的温度梯度减小,换热能力减弱,所以进口风速应合理选择。 展开更多
关键词 对流换热 流场优化 传热势容耗散
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考虑设计相关载荷的稳态热传导拓扑优化设计 被引量:6
20
作者 鲁英春 李敏 刘远东 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2015年第5期1-5,27,共6页
针对稳态热传导问题,以结构散热弱度最小为目标,建立了连续体传热结构的拓扑优化模型和方法,给出了相应的算例。优化方法中分别建立了设计相关载荷和非相关载荷的灵敏度列式,采用Rational Approximation of Material Properties(RAMP)... 针对稳态热传导问题,以结构散热弱度最小为目标,建立了连续体传热结构的拓扑优化模型和方法,给出了相应的算例。优化方法中分别建立了设计相关载荷和非相关载荷的灵敏度列式,采用Rational Approximation of Material Properties(RAMP)方法对材料密度进行惩罚,利用优化准则法控制设计目标与材料分布,以敏度过滤技术抑制棋盘格效应。算例的结果直观显示了设计相关载荷和非设计相关载荷以及复合载荷对结构拓扑构型的影响规律,表明了该文考虑设计相关载荷的稳态热传导结构拓扑优化方法的合理性。 展开更多
关键词 稳态热传导 拓扑优化 散热弱度 敏度分析 设计相关载荷
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