[2026年7月30日提交]

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Abstract:热管理在航天系统中至关重要，电子设备必须通过辐射传热来散热。为了实现高效的辐射冷却装置设计，需要采用拓扑优化等结构优化方法。虽然现有的拓扑优化方法已将辐射传热纳入考虑并进行了某些简化，但全面考虑多向相互辐射仍具有挑战性。为解决这一问题，本研究提出了一种基于密度的传导-辐射传热拓扑优化方法，该方法考虑了多向相互辐射。该方法将基于分区法的辐射传热分析（结合射线追踪方法）整合到有限元热传导分析中，在优化过程中捕捉辐射效应。通过将优化过程中产生的中间材料密度视为参与介质，所提出的方法能够对隐式表示的结构边界进行物理一致的辐射传热评估。采用伴随法推导了分析设计灵敏度，并通过与有限差分法得到的数值灵敏度进行比较来确认其准确性。数值算例展示了辐射散热器和辐射屏蔽的优化。散热器算例阐明了传导与辐射之间的平衡如何决定最终设计，而辐射屏蔽算例则产生了传统方法无法获得的多层绝热结构。

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来自：Shun Noguchi [view email]
[v1] 2026年7月30日，周四，17:03:15 UTC (5,957 KB)