團隊介紹

朱翔鷗實驗室隸屬于溫州大學電氣與電子工程學院電氣數(shù)字化設計技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室，致力于電力電子技術(shù)、低壓電器技術(shù)和電氣數(shù)字化技術(shù)的研究。專注于低壓電器的保護與檢測、智能配網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建、電弧及其特性技術(shù)等的理論研究和工程應用。

電氣數(shù)字化設計技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室以推動和引領浙江省乃至全國電氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展為目標，重點建設船舶岸電電源技術(shù)、港口分布式電能系統(tǒng)、輪式吊車電源技術(shù)、綠色能源與微電網(wǎng)、電力光通信系統(tǒng)、電氣智能系統(tǒng)設計等研發(fā)平臺，在促進綠色港口和綠色船廠以及電氣行業(yè)發(fā)展方面發(fā)揮了積極作用。

王玲,碩士研究生，研究方向為電機與電器。

朱翔鷗,教授，碩士生導師，研究方向為電機與電器。

王守冬,碩士研究生，研究方向為電力電子技術(shù)。

孫創(chuàng)，碩士研究生，研究方向為電機與電器。

研究背景

隨著電力電子裝置向著高精度、高功率密度、高可靠性方向發(fā)展，功率器件的熱失效和熱退化現(xiàn)象更為突出，更有效的散熱技術(shù)成為了研究的重點。強迫風冷散熱器有著散熱效果好、結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、成本較低等優(yōu)點,因而能夠在大功率電力電子裝置的熱設計中廣泛應用，電力電子裝置也對強迫風冷散熱系統(tǒng)提出了低熱阻、小型化、輕量化的要求。

論文所解決的問題及意義

傳統(tǒng)的強迫風冷散熱系統(tǒng)設計一般采用試驗法或經(jīng)驗公式法，前者的不足主要是其成本高昂且研發(fā)周期長，后者在計算精度方面還有待提高。在工程實際中往往僅關注散熱系統(tǒng)的散熱效果，通常以增加散熱器的外表面積作為首選方案，結(jié)果導致散熱器的重量、體積增加，系統(tǒng)壓降變大。

在以增加散熱器散熱效果為設計目標的同時，還應該將散熱器的重量、體積、壓降以及制造成本等納入到散熱設計的綜合指標范疇加以考慮，方可實現(xiàn)散熱器的低熱阻、小型化和輕量化目標。

論文方法及創(chuàng)新點

為實現(xiàn)散熱器的低熱阻化、小型化和輕量化要求，本文提出根據(jù)散熱器結(jié)構(gòu)建立多目標優(yōu)化數(shù)學模型，使用改進后的多目標粒子群算法求解模型，從而獲取散熱器優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)，大幅縮短了散熱器的研發(fā)周期，節(jié)省了散熱器在設計、制造和測試等環(huán)節(jié)中的成本。

1 散熱器多目標優(yōu)化模型

根據(jù)散熱器等效熱阻網(wǎng)絡，推導建立了熱阻、壓降和質(zhì)量最小的多目標優(yōu)化模型，擬定了合理的優(yōu)化變量，并設計相應的約束條件。

圖1 散熱器多目標優(yōu)化模型

2 改進多目標粒子群優(yōu)化算法

針對傳統(tǒng)多目標粒子群算法效率低、收斂速度慢、全局搜索能力差的特點，提出了一種改進的多目標粒子群算法，大大提高了算法的求解能力。

圖2 改進粒子群算法的方法流程

結(jié)論

本文根據(jù)散熱器等效熱阻網(wǎng)絡，推導建立了熱阻、壓降和質(zhì)量最小的多目標優(yōu)化模型，擬定了合理的優(yōu)化變量，并設計相應的約束條件。針對經(jīng)典多目標粒子群算法的缺陷，本文引入了多種改進策略提高了算法的搜索能力，使算法擁有了較強的全局搜索和局部搜索能力。通過改進的多目標粒子群算法求解散熱器優(yōu)化模型最優(yōu)解集，采用優(yōu)化后的散熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)進行熱仿真分析，仿真結(jié)果驗證了本文所提散熱器優(yōu)化方法的有效性和實用性。

引用本文

王玲, 李俐, 朱翔鷗, 王守冬, 孫創(chuàng). 基于粒子群算法的強迫風冷散熱器多目標優(yōu)化[J]. 電氣技術(shù), 2022, 23(2): 20-25. WANG Ling, LI Li, ZHU Xiang’ou, WANG Shoudong, SUN Chuang. Multi-objective optimization of forced air-cooled heatsink based on particle swarm optimization algorithm. Electrical Engineering, 2022, 23(2): 20-25.