[2026年7月30日投稿]

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Abstract:宇宙システムでは電子機器が放射熱伝達によって熱を放散する必要があり、熱管理が極めて重要です。放射冷却デバイスの効率的な設計を実現するためには、トポロジー最適化などの構造最適化アプローチが必要です。既存のトポロジー最適化手法では放射熱伝達をある程度の簡略化を伴って取り込んでいますが、多方向相互放射を完全に考慮することは依然として困難です。この課題に対応するため、本研究では多方向相互放射を考慮した伝導・放射熱伝達問題に対する密度ベースのトポロジー最適化手法を提案します。提案手法は、レイトレーシング法を取り入れたゾーンメソッドに基づく放射熱伝達解析を有限要素熱伝導解析に統合し、最適化プロセス中に放射効果を捉えます。中間的な材料密度を放射性媒体として扱うことで、暗黙的に表現された構造境界における放射熱伝達の物理的に一貫した評価を可能にします。解析的な設計感度は随伴法を用いて導出し、その精度は有限差分法によって得られた数値感度との比較によって確認されます。数値例では、放射ヒートシンクおよび放射シールドの最適化を実証します。ヒートシンクの例では、伝導と放射のバランスが得られる設計をどのように決定するかを明らかにし、放射シールドの例では従来手法では得られない多層断熱構造を生成します。

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From: Shun Noguchi [view email]
[v1] 2026年7月30日（木）17:03:15 UTC (5,957 KB)