Resumen de Cooling microelectronic devices using optimal microchannel heat sinks: Una comparación de dos algoritmos de optimización global

Jorge Cruz Duarte, Iván Amaya Contreras, Rodrigo Correa Cely

• español

  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 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.

• English

  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 removed, 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.

• português

  Este artigo discute o projeto ideal de dissipadores de calor de microcanais utilizando os métodos Unified Particle Swarm Optimization (UPSO) e Harmonia Search (HS). Estes resfriadores são utilizados em refrigeração com componentes microeletrônicos. Por isso, vamos analisar o desempenho de UPSO e HS na sua concepção, de uma forma sistemática e completa. A função objetivo foi obtida com o critério de geração mínima de entropia. Neste estudo, definiu-se a geometria de microcanais, a quantidade de calor a ser removida e as propriedades do fluido de trabalho. Além disso, se calculo a taxa de geração de entropia, o caudal volumétrico de ar, a largura e a altura do canal e o número de Knudsen. Os resultados da simulação indicaram que ambas das estratégias de otimização deram resultados semelhantes, cerca de 0.032 W / K, e que HS exige cinco vezes mais iterações UPSO, mas apenas cerca de 1/19 do seu tempo de computação. Também, HS revelou uma maior probabilidade de encontrar uma solução melhor do que UPSO, mas com maior dispersão. No entanto, ambos dos algoritmos resolveram com sucesso o design para diferentes cenários, mesmo quando o material do pia e a taxa de transferência de calor é variada.