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微、纳米尺度下圆盘(火积)耗散率最小构形优化

陈林根 冯辉君 谢志辉 孙丰瑞

微、纳米尺度下圆盘(火积)耗散率最小构形优化

陈林根, 冯辉君, 谢志辉, 孙丰瑞
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  • 基于构形理论, 以(火积)耗散率最小为优化目标, 在微、纳米尺度下对圆盘导热问题进行构形优化, 得到尺寸效应影响下的无量纲当量热阻最小的圆盘构造体最优构形. 结果表明: 在微、纳米尺度下, 尺寸效应影响下的圆盘构造体最优构形与无尺寸效应影响时的圆盘构造体最优构形有明显区别. 存在最佳无量纲高导热材料通道长度使无量纲当量热阻取得最小值; 随着扇形单元体数目的增大, 最小无量纲当量热阻先减小后增大, 存在最佳的扇形单元体数目使得无量纲当量热阻取得双重最小值, 这与常规尺度下圆盘构造体相应的性能特性明显不同. (火积)耗散率最小的圆盘构造体(火积)耗散率比最大温差最小的构造体(火积)耗散率降低了7.31%, 也即圆盘构造体的平均传热温差降低了7.31%. 微、纳米尺度下基于(火积)耗散率最小的圆盘构造体最优构形能够降低圆盘构造体的平均传热温差, 同时有助于提高其整体传热性能. 本文工作有助于进一步拓展(火积)耗散极值原理的应用范围.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51176203, 51206184)和湖北省自然科学基金(批准号: 2012FB06905)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-02-07
  • 修回日期:  2013-03-22
  • 刊出日期:  2013-07-05

微、纳米尺度下圆盘(火积)耗散率最小构形优化

  • 1. 海军工程大学, 热科学与动力工程研究室; 海军工程大家, 舰船动力工程军队重点实验室; 海军工程大学, 动力工程学院, 武汉 430033
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51176203, 51206184)和湖北省自然科学基金(批准号: 2012FB06905)资助的课题.

摘要: 基于构形理论, 以(火积)耗散率最小为优化目标, 在微、纳米尺度下对圆盘导热问题进行构形优化, 得到尺寸效应影响下的无量纲当量热阻最小的圆盘构造体最优构形. 结果表明: 在微、纳米尺度下, 尺寸效应影响下的圆盘构造体最优构形与无尺寸效应影响时的圆盘构造体最优构形有明显区别. 存在最佳无量纲高导热材料通道长度使无量纲当量热阻取得最小值; 随着扇形单元体数目的增大, 最小无量纲当量热阻先减小后增大, 存在最佳的扇形单元体数目使得无量纲当量热阻取得双重最小值, 这与常规尺度下圆盘构造体相应的性能特性明显不同. (火积)耗散率最小的圆盘构造体(火积)耗散率比最大温差最小的构造体(火积)耗散率降低了7.31%, 也即圆盘构造体的平均传热温差降低了7.31%. 微、纳米尺度下基于(火积)耗散率最小的圆盘构造体最优构形能够降低圆盘构造体的平均传热温差, 同时有助于提高其整体传热性能. 本文工作有助于进一步拓展(火积)耗散极值原理的应用范围.

English Abstract

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