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翻译： 基于遗传算法的多层微通道热阻优化 K. Jeevan, G.A. Quadir, K.N. Seetharamu, I.A. Azid and Z.A. Zainal 马来西亚理科大学机械工程学院槟城摘要： 目的基于遗传算法确定多层微通道在不同的流量约束条件下的最佳结构尺寸。 设计\方式\方法使用遗传算法作为优化工具，通过一维、二维有限元以及热阻模型（研究人员）来优化多层微通道的热阻。二维有限元来研究在微通道中二维热传导的效果，，不同层数的多层微通道为对象，最小热阻。 有限元分析得到的结果与热阻模型得到结果比较，然而二维有限元分析得到的热阻较低，因此，考虑微通道的维传导。 研究限制本文分析仅适用于恒定属性液体在稳定状态下，最上表面以及微通道的侧面被认为是绝热的。 实际应用该方法对于微通道散热器的设计十分有用。 创新点多层微通道的有限元分析能够很容易得到微通道散热器最小热阻时的尺寸。 关键词：热阻，有限分析，优化 引言 设计散热器的目的是为了带走电子芯片上多的热量，芯片过热延长芯片的疲劳寿命；良好的散热片较小的热阻，，散热器的结构受总长度、总宽度、通道高度和宽度、翼片宽度等物理参数的限制，这些物理参数以及外部参数（如泵功率），就可以达到散热器最小热阻。在早的研究中，Tuckerman and Pease (1981)设计的微通道散热器，由平行的微流在宽50mm和高302mm的微通道中流动，在泵功率为1.84时，得到的热阻为。 此后对散热器的许多方面进行研究在Phillips (1990)关于微通道散热器的论文，微通道入口区和完全发展区，层流和湍流，翅片微通道参数变化。Bar-Cohen and Iyenger (2002)影响因素，如最小、最小泵功率。Wei and Joshi (2004) 通过简单热阻模型在给定泵功率的下多层微通道热沉的散热性能，结果表明，双层微通道与单层微通道相比，由于传热面积增加一倍，在没有进行尺寸优化的情况下，层微通道的总体散热性能要高出30%。后来，Wei and Joshi (2003)研究了微通道层数对的影响。 本文多层微通道内流体的物理参数不变以及泵功率给定的条件下，优化整散热器结构尺寸，以达到热阻最小为目的，包括厚度、通道宽度、通道长度、通道层数和微通道的高宽比对散热器热阻的影响。遗传算法，优化微通道散热器的结构尺寸，得到最小热阻。采用三种不同的方法来得到热阻，首先Wei and Joshi (2003)提出的热阻模型来研究，得到的结果与通过一维和二维有限元法得到的结果对比一维和二维有限元方法的研究进展在分析部分给出了详细的说明。 分析 图1为双层微通道一般结构的示意图，来自芯片上的均匀/不均匀的热通量微通道基底以及各层通道内的冷却液吸收层的的通道通过翅片分割，在顶部的翅片列阵粘贴盖板来限制冷却剂的流动。 微通道热阻通过三种方法来确定，即热阻网格模型，一维有限元分析和二维有限元分析描述这些方法之前，所有的研究方法中，多层微通道中适当的流体和传热条件为已知，通过这些可以确定通道内流体摩擦系数和传热系数。 图1.双层微通道热沉结构示意图 摩擦系数和努赛尔数 在多层微通道中的压降包括收缩膨胀式出口和入口的压力差，由于通道90度弯曲和流体流动的摩擦引起，由摩擦引起的称为摩擦损失，在矩形微通道中其中摩擦损失占主要原因，因此在本文中只考虑摩擦损失，但还是选取所需摩擦系数的适当评价系数。 如方程（1）中的Churchill-Usagi渐进式模型用来确定摩擦系数，。 （1） 其中 其中为通道长度，为微通道高宽比，定义为： （4） 但是必须注意，对于雷诺数长度为通道截面积的平方根，同样在矩形微通道中热发展区段的努赛尔数计算为： （5） 其中 和。 上述的相关系数为在分析过程中确定传热系数时用到。 热阻网格模型(Wei and Joshi, 2003) 微通道热沉中的热阻包括热传导、对流传热和由冷却剂平均温度上升引起的，在Wei and Joshi (2003)论文中使用以上理论，基于热阻网格模型分析了总热阻。 最高温度在第一层微通道基底处，通过迭代的方式计算出总热阻，的计算如下： 微通道有限元模型 因为多层微通道的各个层和各个通道都是相同的，因此只选取其中一个层的一个通道进行有限元分析（图2），多层微通道顶部的翅片被假定为绝热的，在本文的分析中一维和二维有限元分析方法被应用到微通道散热分析中。 图2具有六节点的单位通道有限元模型 一维有限元模型 在一维有限元模型中，微通道可以看做是沿z方向上的热传导和强迫对流加上液体（冷却液）同壁面之间