吉林大学学报(工学版)

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微槽冷却热沉结构尺寸的优化设计

邵宝东1,2,孙兆伟1,王丽凤2   

  1. 1.哈尔滨工业大学 卫星技术研究所, 哈尔滨 150080; 2.昆明理工大学 建筑工程学院工程力学系, 昆明 650093
  • 收稿日期:2006-03-21 修回日期:2006-05-14 出版日期:2007-03-01 发布日期:2007-03-01
  • 通讯作者: 孙兆伟

Optimization design of structural size of microchannel cooling heat sink

Shao Bao-dong1,2, Sun Zhao-wei1,Wang Li-feng2   

  1. 1.Research Institute of Satellite Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080,China; 2.Department of Engineering Mechanics, Architecture and Civil Engineering Institute, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093,China
  • Received:2006-03-21 Revised:2006-05-14 Online:2007-03-01 Published:2007-03-01
  • Contact: Sun Zhao-wei

摘要: 以热阻和压降作为2个目标函数建立了微槽冷却热沉的多目标优化模型,采用序列二次规划(SQP)方法对微槽的结构尺寸进行了优化设计。优化结果表明:微槽冷却热沉的结构形状对传热性能有很大的影响,与三角形和梯形结构相比,矩形微槽结构的传热效率更高。给出了2种加权系数情况下的优化尺寸,相应的微槽宽度分别为130 μm和120 μm,槽栅的宽度分别为176 μm和350 μm,微槽的高度分别为640 μm和1000 μm,相应的热阻分别为0.4857 K/W和0.5094 K/W。对以上得到的优化结构的微槽冷却热沉的流体流动和传热进行了数值模拟,得到芯片的最高温度分别为358.34 K和361.52 K,完全可以满足工作芯片对温度的要求。

关键词: 动力机械工程, 传热性能, 微槽冷却热沉, 多目标优化设计, 微小卫星

Abstract: Aiming at the thermal resistance and pressure drop as two objective functions, the multiobjective optimization model of the microchannel cooling heat sink was built. The sequential quadratic programming (SQP) method was used to optimize the structural sizes of microchannel. The optimization results show that the thermal transfer performance of microchannel cooling heat sinks is affected intensively by their structural shape, and compared with triangle and trapezoid shape, rectangle structure has better thermal transfer performance. Two sets of optimized sizes under two sets of different weighting coefficients were given, and the corresponding width of channel were 130 and 120 μm, and fin width were 176 and 350 μm, and height were 640 and 1000 μm, and the thermal resistance were 0.4857 and 0.5094 K/W, respectively. The numerical simulation of the fluid flow and the thermal transfer of the above optimized structure shows that the highest temperatures of chips were 358.34 and 361.52 K, respectively, meeting the requirement of the chip for the work temperature.

Key words: power machinery and engineering, heat transfer performance, microchannel cooling heat sink, multiobjective optimization design, microsatellite

中图分类号: 

  • TK124
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