COOLING MICROELECTRONIC DEVICES USING OPTIMAL MICROCHANNEL HEAT SINKS

Jorge Cruz Duarte, Iván Amaya Contreras, Rodrigo Correa Cely
2018 Revista EIA  
This article deals with the design of optimum microchannel heat sinks through Unified Particle Swarm Optimisation (UPSO) and Harmony Search (HS). These heat sinks are used for the thermal management of electronic devices, and we analyse the performance of UPSO and HS in their design, both, systematically and thoroughly. The objective function was created using the entropy generation minimisation criterion. In this study, we fixed the geometry of the microchannel, the amount of heat to be
more » ... , and the properties of the cooling fluid. Moreover, we calculated the entropy generation rate, the volume flow rate of air, the channel width, the channel height, and the Knudsen number. The results of several simulation optimizations indicate that both global optimisation strategies yielded similar results, about 0.032 W/K, and that HS required five times more iterations than UPSO, but only about a nineteenth of its computation time. In addition, HS revealed a greater chance (about three times) of finding a better solution than UPSO, but with a higher dispersion rate (about five times). Nonetheless, both algorithms successfully optimised the design for different scenarios, even when varying the material of the heat sink, and for different heat transfer rates. Este artículo trata sobre el diseño óptimo de disipadores de calor de tipo microcanal utilizando los métodos Unified Particle Swarm Optimisation (UPSO) y Harmony Search (HS). Estos disipadores se utilizan en el enfriamiento de componentes microelectrónicos. Por ello analizamos el desempeño de UPSO y HS en su diseño, de forma sistemática y completa. La función objetivo se obtuvo con el criterio de la mínima generación de entropía. En este estudio, se definió la geometría del microcanal, la cantidad de calor a ser retirado y las propiedades del fluido de trabajo. Además, se calculó la tasa de Revista EIA, ISSN 1794-1237 / Año XII / Volumen 12 / Edición N.24 / Julio-diciembre 2015 / pp. 151-166 Publicación semestral de carácter técnico-científico / generación de entropía, el flujo volumétrico de aire, el ancho y la altura del canal y el número de Knudsen. Los resultados de las simulaciones indicaron que ambas estrategias de optimización dieron resultados similares, alrededor de 0,032 W / K, y que HS requiere cinco veces más iteraciones que UPSO, pero sólo alrededor de 1/19 de su tiempo de cálculo. Además, HS reveló una mayor probabilidad de encontrar una mejor solución que UPSO, pero con una mayor dispersión. Sin embargo, ambos algoritmos resolvieron exitosamente el diseño para diferentes escenarios, incluso cuando se varía el material del disipador y la tasa de transferencia de calor. PALABRAS CLAVE: Algoritmos de optimización Global, diseño óptimo, disipadores de calor de tipo microcanal, mínima generación de entropía.
doi:10.24050/reia.v0i0.687 fatcat:cdclvnfauzhbrf2euashl7rwvu