Mathematical modeling and multi-objective optimization on the rectangular micro-channel heat sink

散热片 多目标优化 热阻 分类 传热 消散 计算机科学 机械 热的 材料科学 数学优化 热力学 数学 物理 算法
作者
Xue-shuo Shang,Qing-wen Li,Qun Cao,Zi-rui Li,Wei Shao,Zheng Cui
出处
期刊:International Journal of Thermal Sciences [Elsevier BV]
卷期号:184: 107926-107926 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.ijthermalsci.2022.107926
摘要

A microchannel heat sink (MCHS) is a compact and efficient liquid-cooling device that satisfies the heat dissipation requirements of high-power electronic equipment. This study develops a mathematical model of a rectangular MCHS based on the differential equation of energy conservation and derives the thermal resistance using structural parameters. Single phase flow and fully developed conditions are considered. The correlations of the convective heat transfer coefficient and the flow resistance are examined and comparatively studied for wide-ranging geometric parameters. Both experimental and numerical methods are employed to validate the model. The effect of the height–width ratio on the thermo-hydrodynamic performance indicates a ratio greater than ten is uneconomical. Finally, a multiobjective optimization model is established to simultaneously minimize the thermal resistance and the pumping power. The Pareto front is obtained using the non-dominated sorting genetic algorithm, and the optimal case reduces the thermal resistance by 25% compared to the experimental case under the same pumping power consumption. The mathematical model and the multiobjective optimization method are beneficial for the design of an MCHS owing to the high convenience and reliability.
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