基于拓扑优化的风冷热沉研究

随着电子芯片的集成度越来越高,相应的热管理问题也愈加严峻,对热沉进行有效设计则成为一种很好的解决办法。采用变密度的拓扑优化方法对强制风冷热沉进行优化设计,建立由导热基座层和热流设计层组成的伪三维优化模型,并考虑更有实际意义的对流边界和利用RAMP法对热导率和对流传热系数进行插值;以压降最小化为优化目标,以空气吸收热Q最小值为2W为热约束,分析三组基座温度Tb(314K、330K、350K)下的优化结果。利用拉伸三维热沉的数值模拟验证伪三维优化模型的物理有效性。结果表明,基座温度Tb升高过程中,翅片四周光滑度有所提升但表面积在缩小,占设计区域的比例分别为18%、16%、14%;目标函数φ逐渐降低,分别为0.073、0.036、0.025;设计区域内速度最大值逐渐变小但速度和温度分布更加均匀。三维热沉模拟结果中沿Z轴的速度和温度变化量很小,从而验证伪三维优化模型的物理有效性。