【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及导热结构优化，具体的说，涉及一种用于离散热导率体点热传导问题的优化方法。
技术介绍
1、随着微电子技术的飞速发展，电子器件的尺寸越来越小，发热密度越来越高。冷却条件成为限制进一步改进的最重要问题之一。电子设备的紧凑设计导致用于传热增强的空间高度受限。因此，设计具有高散热效率的优化结构至关重要。降低热点温度（域内最高温度）是热管理中最常用的评价指标和优化目标之一，因为电子设备通常从其最热的位置失效。
2、在过去的几十年中，已经提出了各种类型的方法来改善热传导性能并降低热点温度。研究人员一直在努力寻找具有高性能的热传导或流动通道。对于热源可以重新布置的情况，可以找到降低热点温度的发热单元的最佳布局。在这些研究中，体积到点问题逐渐成为一个典型问题。由于它是对工程应用中许多实际问题的一种很好的抽象，因而得到了广泛的研究。体-点热传导问题研究如何找到有限数量的高导热材料插入的最佳形状，目标是增强从体积热源到边界上的小散热器的散热。现有的体-点热传导问题的方法可以分为三种类型。
3、(1)选择结构的先验形式，人工选择一些特征参数。这些方法将原始场问题转化为参数场问题。它们将解决方案限制在整个解决方案空间的主观选择的子空间内，失去了获得更好解决方案的可能性。
4、(2)通过使用一组手动设计的操作规则，逐点修改初始解，获得最终解。然而，现有的规则对应的温度梯度场，或最小化熵产生，或最小化熵耗散。目前还不存在一个等价的规则，精确地对应于最低限度的最高温度。
5、(3)采用遗传算法或模拟
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种用于离散热导率体点热传导问题的优化方法；本专利技术方法基于自动微分技术，能够处理更多类型的目标函数而无需额外的目标特定公式或近似，可以在离散热导率的情况下针对体点热传导问题在低热导率材料基底中嵌入高热导率材料自动生成高效导热通道，通用性好，效率高。
2、本专利技术的技术方案具体如下。
3、一种用于离散热导率体点热传导问题的优化方法，其用于针对热导率体点热传导问题在低热导率材料基底中嵌入高热导率材料自动生成高效导热通道；体点热传导问题带有区域约束，在整个需要模拟的导热结构的计算区域运用数值传热学方法求解热传导方程并获得温度场，在根据实际需要对平均温度、最高温度或温度均匀性有限制和需求的目标区域中评估目标函数；包括以下步骤：
4、s1、将计算单元区域离散为网格单元，先用低热导率材料填充所有网格单元，生成初始温度场；
5、s2、在正向方向上运行若干次数值热传导迭代，根据热导率分布计算稳态温度场和目标函数；其中，目标函数为非空间积分类型的目标函数；
6、s3、以反方向运行，通过自动微分算法获得目标函数相对于热导率场的梯度，即偏导数；
7、s4、将偏导数最低的网格替换为高热导率材料填充；
8、s5、分别通过正向方向运行数值热传导迭代和反向方向运行自动微分算法，更新稳态温度场和梯度；
9、s6、设定高热导率材料移动的方向沿着已有的高热导率材料与低热导率材料的接触面移动，确定新增加的高热导率材料向哪个方向移动可能进一步降低目标函数的值，并朝此方向的相邻单元网格移动；
10、s7、如果目标函数值继续下降，则返回步骤s5，重复移动过程；
11、s8、当高热导率材料的量达到期望值的极限，则优化完成；否则，返回步骤s2。
12、本专利技术中，步骤s2和步骤s5中，通过对相邻单元的调和平均来计算单元界面上的热导率值，通过多次迭代一个离散化差分方程来获得最终温度分布，在每次迭代中，每个单元的温度值被更新为其相邻单元值的加权和。
13、本专利技术中，步骤s3 中，目标函数选自区域平均温度、区域最高温度或区域温度的标准差中的任一种。
14、本专利技术中，步骤s6中，用目标函数对移动后的热导率与移动前的热导率偏导数之差来表示高热导率材料移动到其相邻单元时对目标函数的影响，选择偏导数差最小的方向为移动方向。
15、本专利技术中，步骤s6和步骤s7中，在目标区域内通过评估移动高热导率材料操作对目标函数的影响进而指导下一步的操作，直到达成收敛。
16、和现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
17、1、精确梯度： 本专利技术使用卷积操作来模拟导热过程，以循环方式迭代这些操作，并使用自动微分算法进行精确的梯度计算与优化，无需人工指定优化准则。
18、2、可扩展性好： 本专利技术可在目标区域内评估目标函数，能够适用于各种仅关注部分区域性能的更广泛的应用范围。
19、3. 通用性好：本专利技术可以处理各种类型的非空间积分类型的目标函数。
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1.一种用于离散热导率体点热传导问题的优化方法，其特征在于，其用于针对热导率体点热传导问题在低热导率材料基底中嵌入高热导率材料自动生成高效导热通道；体点热传导问题带有区域约束，在整个需要模拟的导热结构的计算区域运用数值传热学方法求解热传导方程并获得温度场，在根据实际需要对平均温度、最高温度或温度均匀性有限制和需求的目标区域中评估目标函数；包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的体点热传导的优化方法，其特征在于：步骤S2和步骤S5中，通过对相邻单元的调和平均来计算单元界面上的热导率值，通过多次迭代一个离散化差分方程来获得最终温度分布，在每次迭代中，每个单元的温度值被更新为其相邻单元值的加权和。
3.根据权利要求1所述的体-点热传导的优化方法，其特征在于：步骤S3中，目标函数选自区域平均温度、区域最高温度或区域温度的标准差中的任一种。
4.根据权利要求1所述的体-点热传导的优化方法，其特征在于：步骤S6中，用目标函数对移动后的热导率与移动前的热导率偏导数之差来表示高热导率材料移动到其相邻单元时对目标函数的影响，选择偏导数差最小的方向为移动方向。p>...
【技术特征摘要】
1.一种用于离散热导率体点热传导问题的优化方法，其特征在于，其用于针对热导率体点热传导问题在低热导率材料基底中嵌入高热导率材料自动生成高效导热通道；体点热传导问题带有区域约束，在整个需要模拟的导热结构的计算区域运用数值传热学方法求解热传导方程并获得温度场，在根据实际需要对平均温度、最高温度或温度均匀性有限制和需求的目标区域中评估目标函数；包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的体点热传导的优化方法，其特征在于：步骤s2和步骤s5中，通过对相邻单元的调和平均来计算单元界面上的热导率...
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