Doğal konveksiyon altında profil ısı alıcının yapısal optimizasyonu
Structural optimization of the profile heat sink under natural convection
Yazar: MİKAİL TAŞTAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SEDAT TOKGÖZ
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı alıcıları = Heat sinks ; Metasezgiseller = Metaheuristics ; Taşınım = Convection

Özet:
Son zamanlarda, teknolojinin gelişmesiyle elektronik cihazların boyutu küçülmüş ve beklenen performans artmıştır. Bu değişiklik cihazların daha yüksek ısı yoğunluğu altında çalışmasına ve ömrünün kısalmasına ya da arızalanmasına sebep olmaktadır. Bu nedenle bu durumu engellemek için etkili bir ısı alıcı tasarımı gerekmektedir. Meta-sezgisel optimizasyon algoritmaları birçok farklı alanda optimizasyon probleminde kullanılmaktadır. 
Bu tez çalışmasında, çeşitli dizayn parametreleri (kanat genişliği, taban yüksekliği, kanat sayısı) dikkate alınarak termal performansın iyileştirilmesi için optimum tasarıma sahip bir profil ısı alıcının elde edilmesi amaçlanmaktadır. Birinci aşamada, tam faktöriyel tasarım çerçevesinde çeşitli topolojilere (kanat sayısı, taban yüksekliği, kanat yüksekliği, kütle vb.) sahip ısı alıcıların 3 boyutlu katı modellemesi oluşturularak iki farklı durum için termal analizleri sonlu elamanlar analizi ile yapılmıştır. İkinci aşamada, dizayn parametreleri ile maksimum sıcaklık ve ağırlık arasındaki ilişki varyans analizi (Anova) kullanılarak incelenmiş ve matematiksel modeller oluşturulmuştur. Üçüncü aşamada, oluşturulan matematiksel modellerin optimizasyonu meta-sezgisel optimizasyon yöntemlerinden Sıralı Seçkin Bastırılamayan Genetik Algoritma (SSBGA II), Bozkurt Optimizasyon (BO) Algoritması ve Yusufçuk Optimizasyon (YO) Algoritması kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Optimizasyon sonuçları içerisinden rastgele seçilen değer için doğrulama çalışması yapılmıştır. Aynı zamanda ısı kaynağı ve kanat yüksekliği parametrelerinin termal performans üzerine etkisinin incelenmesi için termal analizleri yapılmıştır. Elde edilen değerler ile öncelikle ısı alıcısı sisteminin performansı üzerinde direk etkisi olan tasarım parametreleri belirlenmiş ve bu parametrelerin etkileri, parametreler tek tek ele alınarak incelenmiştir. Ayrıca optimizasyon algoritmalarından elde edilen sonuçlar doğrulama analiz sonuçları ile karşılaştırılarak, ısı kaynağı ve kanat yüksekliğinin termal performansa etkisinin değerlendirmesi yapılmış ve sonuçlar sunulmuştur.

Anahtar Kelimeler: Meta-sezgisel optimizasyon algoritma, Isı alıcı, Yapısal optimizasyon

Abstract:
Recently, with the development of technology, the size of electronic devices has shrunk and the expected performance has increased. This change causes the devices to operate under higher heat density and shorten their lifespan or malfunction. Therefore, an effective heat sink design is required to prevent this situation. Meta-heuristic optimization algorithms are used in optimization problems in many different areas.
 In this thesis, it is aimed to obtain a profile heat sink with optimum design for improving thermal performance by considering various design parameters (wing width, base height, number of fins). In the first stage, 3D solid modeling of coolers with various topologies (number of fins, base height, fin height, mass, etc.) was created within the framework of full factorial design, and thermal analyzes for two different cases were made with finite element analysis. In the second stage, the relationship between the design parameters and the maximum temperature and weight was examined using analysis of variance (Anova) and mathematical models were created. In the third stage, the optimization of the created mathematical models was carried out using the Sequential Suppressible Genetic Algorithm (SSBGA II), Grey Wolf Optimization (BO) Algorithm and Dragonfly Optimization (YO) Algorithm, which are meta-heuristic optimization methods. A validation study was performed for the randomly selected value among the optimization results. At the same time, thermal analyzes were carried out to examine the effects of heat source and fin height parameters on thermal performance. In addition, the results obtained from the optimization algorithms were compared with the results of the validation analysis, the effect of the heat source and fin height on the thermal performance was evaluated and the results were presented.

Key Words: Meta-heuristic optimization algorithm, Heat sink, Structural optimization