微纳尺度体点导热的拓扑优化

摘要：

体点导热问题是电子器件散热优化方面的基础问题之一,已有研究大多建立在傅里叶导热定律的基础上,但随着电子器件的特征尺度降低到微纳米量级,导热优化需要考虑非傅里叶效应.本文结合声子玻尔兹曼方程的数值解和对声子平均自由程进行插值的固体各向同性材料惩罚方法,发展了微纳米尺度下弹道-扩散导热的拓扑优化方法.在弹道-扩散导热机制下,体点导热的拓扑优化得到的材料分布明显不同于扩散导热下的树状分布,且会随努森数的变化而变化,与拓扑优化的插值方式和声子弹道输运有关.随着弹道效应的增强,尺寸效应使得材料分布中微小结构的等效热导率低于粗壮结构,因而拓扑优化结果朝着增多粗壮结构、减少微小结构的方向发展.弹道效应足够强时,填充材料聚集在低温边界附近,主干和枝合并,呈团状分布.

关键词：体点导热、拓扑优化、微纳尺度、声子玻尔兹曼输运方程

所属期刊栏目：68

资助基金：国家自然科学基金 51825601, 51676108, 51621062 资助的课题

在线出版日期：2019-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：11-21