船舶 ›› 2026, Vol. 37 ›› Issue (04): 23-31.DOI: 10.19423/j.cnki.31-1561/u.2026.104

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基于高斯过程回归与粒子群算法的翅片式液冷板优化方法

任思鹏, 陈文炯*, 刘书田   

  1. 大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室 大连 116024
  • 收稿日期:2026-06-10 修回日期:2026-07-15 发布日期:2026-08-28
  • 通讯作者: 陈文炯(1985—),男,博士,教授/博士生导师。研究方向:材料/结构多尺度设计、考虑增材制造的结构设计方法;刘书田(1962—),男,博士,教授/博士生导师。研究方向:计算力学与结构优化设计领域的研究。
  • 作者简介:任思鹏(2005—),男,硕士研究生。研究方向:主动换热结构优化设计方法、船用换热器设计; 陈文炯,大连理工大学船舶工程学院教授,博士生导师。2008年在大连理工大学力学系获得学士学位,2014年获得大连理工大学工程力学专业博士学位。2014年至2016年在大连理工大学船舶工程学院进行博士后研究,期间(2015年至2016年)在悉尼大学开展合作研究。其长期致力于减振降噪材料/结构多尺度优化设计,以及面向增材制造的结构拓扑优化设计等研究工作;主持国家重点研发计划课题、JW创新项目与国家自然科学基金项目等近10项,发表学术论文40余篇,SCI索引20余篇,5年内SCI他引250余次,授权国家发明专利10余项。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(U2341232)

An Optimization Method for Finned Liquid Cooling Plates Based on Gaussian Process Regression and Particle Swarm Optimization Algorithm

REN Sipeng, CHEN Wenjiong*, LIU Shutian   

  1. State Key Laboratory of Structural Analysis, Optimization and CAE Software for Industrial Equipment,Dalian University of Technology, Dalian 116024, China
  • Received:2026-06-10 Revised:2026-07-15 Published:2026-08-28

摘要: 该文针对翅片式液冷板散热性能优化问题,提出一种基于高斯过程回归代理模型与粒子群优化算法的智能优化方法。首先通过COMSOL仿真构建不同翅片角度下温度与压力的样本数据集,训练高斯过程回归代理模型以建立高精度响应面。在此基础上,采用粒子群优化算法在翅片角度可行域内进行全局寻优,优化目标设为同时降低液冷板底部壁面温度与内部流动压力。该方法能高效确定翅片最佳角度,且全过程仅使用粗网格数据训练模型,峰值温度与峰值压力的平均相对误差分别为0.07%与5.36%。在500 mL/min流速下,通过翅片角度优化后的液冷板峰值温度降低约8.94 K。该方法显著降低了优化过程对计算资源的依赖,为翅片式液冷板的快速设计优化提供了有效途径。

关键词: 翅片式液冷板, 高斯过程回归, 代理模型, 粒子群优化算法, 热管理

Abstract: This paper proposes an intelligent optimization method based on Gaussian process regression (GPR) surrogate model and particle swarm optimization (PSO) algorithm for the heat dissipation optimization of finned liquid cooling plates. First, a sample dataset of fin angles, temperatures, and pressures is constructed through COMSOL simulations, and the GPR surrogate model is trained to establish a high-precision response surface. On this basis, the PSO algorithm is used to perform global optimization within the feasible range of fin angles, with the optimization objectives of simultaneously reducing the bottom wall temperature of the liquid cooling plate and the internal flow pressure. This method can efficiently determine the optimal fin angle. The entire process uses only coarse mesh data to train the model, and the average relative errors of the peak temperature and pressure are 0.07% and 5.36%, respectively. At a flow rate of 500 mL/min, the peak temperature of the liquid cooling plate after fin angle optimization is reduced by approximately 8.94 K. This method significantly reduces the dependence of the optimization process on computing resources and provides an effective approach for the rapid design optimization of finned liquid cooling plates.

Key words: finned liquid cooling plate, Gaussian process regression, surrogate model, particle swarm optimization algorithm, thermal management

中图分类号: