論文の概要: Multi-fidelity Design of Porous Microstructures for Thermofluidic Applications

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.18505v1
• Date: Fri, 27 Oct 2023 21:51:11 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-31 18:22:05.754241
• Title: Multi-fidelity Design of Porous Microstructures for Thermofluidic Applications
• Title（参考訳）: 熱流体利用のための多孔質組織多面体設計
• Authors: Jonathan Tammer Eweis-LaBolle, Chuanning Zhao, Yoonjin Won, and Ramin Bostanabad
• Abstract要約: 多孔質表面で強化された二相冷却法が潜在的な溶液として出現している。 このような多孔質構造では、最適放熱容量は2つの競合する目的に依存する。 我々は, 最適多孔質構造を設計するためのデータ駆動型フレームワークを開発した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5249805590164902
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: As modern electronic devices are increasingly miniaturized and integrated, their performance relies more heavily on effective thermal management. Two-phase cooling methods enhanced by porous surfaces, which capitalize on thin-film evaporation atop structured porous surfaces, are emerging as potential solutions. In such porous structures, the optimum heat dissipation capacity relies on two competing objectives that depend on mass and heat transfer. The computational costs of evaluating these objectives, the high dimensionality of the design space which a voxelated microstructure representation, and the manufacturability constraints hinder the optimization process for thermal management. We address these challenges by developing a data-driven framework for designing optimal porous microstructures for cooling applications. In our framework we leverage spectral density functions (SDFs) to encode the design space via a handful of interpretable variables and, in turn, efficiently search it. We develop physics-based formulas to quantify the thermofluidic properties and feasibility of candidate designs via offline simulations. To decrease the reliance on expensive simulations, we generate multi-fidelity data and build emulators to find Pareto-optimal designs. We apply our approach to a canonical problem on evaporator wick design and obtain fin-like topologies in the optimal microstructures which are also characteristics often observed in industrial applications.
• Abstract（参考訳）: 現代の電子機器は小型化と統合化が進んでいるため、その性能は効果的な熱管理に大きく依存している。 構造多孔質表面上での薄膜蒸発を利用した多孔質表面による二相冷却法がポテンシャル溶液として出現している。 このような多孔質構造では、最適放熱能力は質量と熱移動に依存する2つの競合する目的に依存する。 これらの目的を評価する計算コスト、構造表現をボクセル化した設計空間の高次元、および製造性制約は熱管理の最適化プロセスを妨げる。 これらの課題に対処するため, 冷却用途に最適な多孔質構造を設計するためのデータ駆動型フレームワークを開発した。 我々のフレームワークでは、スペクトル密度関数(SDF)を利用して、少数の解釈可能な変数を通して設計空間を符号化し、効率よく探索する。 オフラインシミュレーションにより, 熱流動特性と候補設計の可能性を定量化する物理式を開発した。 コストのかかるシミュレーションへの依存を減らすため,多要素データを生成し,パレート最適設計を求めるエミュレータを構築する。 本手法を蒸発器ウィック設計における標準問題に適用し, 工業用途でもよく見られる最適微細構造におけるフィン様トポロジーを得る。

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