1.本发明涉及微电子散热领域，具体涉及一种基于有限元仿真的磁性纳米流体微流道散热器多目标优化方法。
背景技术：
2.多组件芯片是一种将多块未封装的超大规模集成电路芯片以及专用集成电路芯片组装在一块基板上的部件。随着晶体管特征尺寸的减小，芯片上能够集成的晶体管数量也越来越多，导致芯片产生高热流密度，同时产生大量的热量。热量若不能及时的转移，芯片长期工作在高温下，会减少电子元器件的工作寿命或者直接造成芯片的失效。微流道散热器是针对芯片散热而提出的一种非常有潜力的散热方式。相对于传统的风冷散热以及宏观水冷散热，微流道散热器的尺寸小，同时散热效率更高。
技术实现要素：
3.为解决上述技术问题，本发明的目的旨在提供一种基于有限元仿真的磁性纳米流体微流道散热器多目标优化方法，实现对磁性纳米流体微流道散热器的优化。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：磁性纳米流体微流道散热器多目标优化方法，包括以下步骤：（1）通过对磁性纳米流体微流道散热器进行分析，确定磁性纳米流体微流道散热器结构参数，确定磁性纳米流体微流道散热器可优化变量；（2）利用solidworks软件建立几何模型，并导入scdm中进行几何处理；（3）利用fluent软件建立有限元仿真模型；（4）通过对得到的数据进行分析，利用minitab构建回归方程，构建多目标优化模型；（5）利用matlab优化工具箱对回归方程进行优化获得最优参数。
5.进一步地，所述步骤(1)的具体步骤如下：确定磁性纳米流体微流道散热器传热介质为磁性纳米流体，影响磁性纳米流体热物性参数的因素主要为磁性纳米颗粒在纳米流体中所占体积分数；影响磁性纳米流体微流道散热器散热性能的另一主要因素为磁性纳米流体流速；磁性纳米流体微流道散热器的结构参数影响磁性纳米流体微流道散热器中压力变化：磁性纳米流体微流道散热器流道为变截面流道，因此通过流道的楔角改变衡量流道截面变化程度；磁性纳米流体微流道散热器流道上下两侧有长条状微结构，微结构主要以特征长度的改变来改变微结构；通过改变发热元件的发热功率来改变芯片的发热量；最终确定优化变量分别为磁性纳米流体体积分数、磁性纳米流体流速、楔角、特征长度、发热功率。
6.进一步地，所述步骤(2)为：根据得到的磁性纳米流体微流道散热器结构参数，利用solidworks建立仿真所需的几何模型，导入到scdm中划分好流体域与固体域，确定边界
条件命名；进一步地，所述步骤(3)的具体子步骤如下：步骤2.1）、将几何模型导入fluent meshing模块中进行网格划分前处理。
7.步骤2.2）、将网格文件导入fluent中，设置边界条件、物性参数、数学模型、计算方法；步骤2.3）、进行设定模型计算初始条件以及开始数值模拟计算，得到计算结果。
8.进一步地，所述步骤(4)为：将计算得到的结果导入至cfd-post模块中进行后处理，提取出发热元件结温、磁性纳米流体进出口压差、进出口温度。最后在进一步计算出温度梯度。随后将得到的数据导入minitab分别构建结温回归方程、压降回归方程、温度梯度回归方程，最后将得到的回归方程进行归一化处理，构建多目标优化模型；进一步地，所述步骤(5)为：在matlab中编程，利用优化工具箱中的fmincon函数与globalsearch函数对多目标优化模型进行全局优化，得到最终优化参数。
9.本发明基于有限元仿真的磁性纳米流体微流道散热器多目标优化方法，将磁性纳米流体微流道散热器优化的工程问题转化为数学问题。采用此方法，建立与实际体系一致的磁性纳米流体微流道散热器模型，磁性纳米流体微流道散热器为发热元件散热过程进行数值模拟计算，构建多目标优化模型并对其进行优化，优化了磁性纳米流体微流道散热器的结构参数与磁性纳米流体参数，得到磁性纳米流体微流道散热器最优设置，为磁性纳米流体微流道散热器生产提供了优化指导。为磁性纳米流体微流道散热器的优化提供了一种简单快捷的方法。
附图说明
10.图1是本次发明的基本流程结构图图2是本次发明的磁性纳米流体微流道散热器示意图图3是本次发明的实施例优化迭代图。
具体实施方式
11.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，对本发明进一步详细说明。此处说明若涉及到具体实例时仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
12.本实施例中的一种基于有限元仿真的磁性纳米流体微流道散热器多目标优化方法，实施流程如附图1所示。
13.1)确定优化变量为磁性纳米流体流速、磁性纳米流体体积分数、磁性纳米流体微流道散热器结构参数楔角、磁性纳米流体微流道散热器微结构参数特征长度、发热元件发热功率，确定磁性纳米流体微流道散热器其他尺寸参数。
14.磁性纳米流体微流道散热器示意图如图2所示，包括磁性纳米流体、磁性纳米流体微流道散热器主体、流体入口、流体出口、发热元件。其中磁性纳米流体微流道散热器长40mm，宽40mm、高5mm。发热元件长30mm、宽30mm、厚2mm。
15.2)根据得到的磁性纳米流体微流道散热器结构参数，利用solidworks建立仿真所需的几何模型，导入到scdm中划分好流体域与固体域，确定边界条件命名（流速入口、流速出口、壁面）；
3)将几何模型导入fluent meshing模块中进行网格划分前处理，采用多面体网格划分方法，网格数目在80万至120万，正交质量最小值低于0.01，满足fluent计算收敛的网格质量要求；4)将网格文件导入fluent中，设置边界条件（设置流体流速，发热元件发热功率，环境温度），设置数学模型（k-ε湍流模型、能量模型）、物性参数（密度、黏度、比热容、导热系数）、选择simple计算方法，设定模型计算初始条件以及开始数值模拟计算。
16.5)将计算结构导入cfd-post模块中进行后处理提取发热元件结温、纳米流体进出口压差、进出口温度，最后在进一步计算出温度梯度。
17.6)随后将得到的结温、压降、温度梯度导入minitab分别构建结温回归方程、压降回归方程、温度梯度回归方程，最后将得到的回归方程进行归一化处理，构建多目标优化模型；7)在matlab中编程，利用优化工具箱中的fmincon函数与globalsearch函数对多目标优化模型进行全局优化，得到最终优化参数；根据步骤7）中的到的磁性纳米流体微流道散热器的结构参数与磁性纳米流体参数，对磁性纳米流体微流道散热器提供优化指导。
18.本发明基于有限元仿真的磁性纳米流体微流道散热器多目标优化方法，将再流焊工艺曲线优化的工程问题转化为数学问题。采用此方法，建立与实际体系一致的磁性纳米流体微流道散热器模型，磁性纳米流体微流道散热器为发热元件散热过程进行数值模拟计算，构建多目标优化模型并对其进行优化，优化了磁性纳米流体微流道散热器的结构参数与磁性纳米流体参数，得到磁性纳米流体微流道散热器最优设置，为磁性纳米流体微流道散热器生产提供了优化指导。为磁性纳米流体微流道散热器的优化提供了一种简单快捷的方法。
19.本实施例硬件配置基于intel xeon e5-2620 v4@2.10 ghz cpu、nvidia gtx 1080ti 11 gb gpu和128gb内存，windows 10操作系统下。
20.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。