基于多目標遺傳算法的微通道結構優化

王 江, 翟玉玲, 姚沛滔, 馬明琰

(昆明理工大學 省部共建復雜有色金屬資源清潔利用國家重點實驗室 冶金與能源工程學院, 云南 昆明650093)

1 前 言

隨著微加工技術的發展，采用具有高面體比的微通道熱沉成為冷卻高功率密集型微電子設備的有效方法之一，被廣泛應用于微電子技術、能源、軍工核能、生物化工等先進工程領域[1-4]。根據微通道對流換熱理論，可以通過增大通道傳熱表面積或提高流體的傳熱性能來提高微通道熱沉的傳熱性能，如可在壁面側面設置粗糙元[5-6]、采用單相或沸騰傳熱的方式及使用導熱系數更高的納米流體等工質[7-9]。

已有研究[10-12]表明，復雜結構微通道熱沉的傳熱性能優異，因為通道截面的連續變化能夠打斷熱邊界層發展，使流動與傳熱一直處于未充分發展狀態，起到強化傳熱的目的；此外，通道內部設置粗糙元，能增強內部擾動，進而對流動與傳熱特性產生重要影響[13-14]。

CHAI 等[15]、XIA 等[16]模擬研究并優化了帶有扇形凹穴型微通道熱沉及帶有三角形凹穴型微通道熱沉的結構，均認為凹穴作用能破壞微通道流動及傳熱邊界層，從而強化微通道傳熱。SAN 等[17]實驗研究了肋間距比管道直徑(p/d)、肋高比管道直徑(e/d)及雷諾數對帶有內肋微通道圓管的流動與傳熱影響，提出以p/d、e/d 和雷諾數這3 個參數為變量的努塞爾數(Nusslet，Nu)及摩擦系數關聯式，用于指導工程應用。DHARAIVA 等[18]詳細分析了正弦結構粗糙元對微通道流動與傳熱的影響，分析其強化換熱的原因是由于流動方向改變及面積增大導致的。……