بهینه سازی توپولوژی مسئله انتقال حرارت هدایت با استفاده از روش مجموعه سطوح تراز و تحلیل اجزاء محدود

بهینه سازی توپولوژیکی کیفیت انتقال حرارت دوبعدی در یک محفظه بسته، بعنوان یک مسئله ترموفیزکی نمونه، همواره از اهمیت بسزایی برخوردار بوده است. در این مقاله روش بهینه سازی توپولوژی با استفاده از روش مجموعه سطوح تراز جهت به دست آودرن توپولوژی بهینه براساس داده های به دست آمده از حل مسئله انتقال حرارت دوبعدی شامل بار حرارتی نقطه ای و بار حرارتی گسترده در دامنه محاسباتی با استفاده از روش تحلیل اجزاء محدود، توسعه داده شده است. در روش مجموعه سطوح تراز، مرزهای سازه به وسیله یک تراز از تابع اسکالر دینامیکی ضمنی از بعد بالاتر معرفی می شوند. تغییرات این تابع در مراحل بهینه سازی می تواند به سادگی جدا شدن و متصل شدن مرزهای دینامیکی را مدل سازی نماید. برای تشکیل این تابع و تعیین دمای مجهول می توان از توابع شکل مورد استفاده در تحلیل اجزاء محدود استفاده کرد. تابع هدف در این مقاله کمینه کردن ظرفیت توان حرارتی بوده و آنالیز حساسیت در چندین مسئله نمونه انتقال حرارت با استفاده از روش مجموعه سطوح تراز جهت بهینه سازی توپولوژی به همراه روش تحلیل اجزاء محدود بررسی شده است. در نهایت نتایج حل سه مسئله نمونه انتقال حرارت شامل بار حرارتی نقطه ای، بار حرارتی گسترده و ترکیبی از این دو جهت نشان دادن اعتبار روش مذکور ارائه شده است. با استفاده از این روش، هزینه و زمان محاسبات بهینه سازی کاهش یافته و می تواند برای محدوده وسیعی از مسائل بهینه سازی توپولوژی انتقال حرارت محاسباتی به کار گرفته شود.

کلیدواژه ها:

Heat Transfer ، Topology Optimization ، Level-set Method ، Sensitivity analysis ، Finite Elements ، انتقال حرارت ، بهینه سازی توپولوژی ، روش مجموعه سطوح تراز ، آنالیز حساسیت ، اجزاء محدود