Conception et optimisation topologique des dissipateurs thermiques pour le refroidissement de dispositifs électroniques avec plusieurs sources de chaleur

Les dispositifs électroniques génèrent souvent de la chaleur en différents points. Sans un refroidissement efficace, les points chauds et la surchauffe entraînent une augmentation du taux de défaillance, une détérioration des performances et des menaces pour la sécurité des composants électroniques. L'objectif principal de cette thèse est de concevoir et d'optimiser la structure des dissipateurs de chaleur par convection monophasique en minimisant la température maximale pour apporter une solution innovante à ces problèmes. Deux méthodes d'optimisation ont été développées et appliquées : l'optimisation de la taille des entrées de chaque canaux enfin de distribuer de façon optimum les fluide dans le dissipateur de chaleur à canal droit d’une part, et l'optimisation topologique de la configuration sur l’ensemble des canaux d'écoulement basée sur l'algorithme génétique (GATO). L’influence des paramètres, tels que les valeurs des pics de flux de chaleur, la vitesse d'entrée, la résolution matricielle d'un domaine de conception et la fraction de fluide a été étudiée numériquement. Ensuite, les approches d'optimisation proposées ont été validées expérimentalement en testant un dissipateur thermique à canal droit de référence (RSC), un dissipateur thermique à canal droit optimisé (OSC) et un dissipateur thermique GATO. En outre, les indicateurs de performance complets obtenus à partir des modèles validés expérimentalement des trois dissipateurs thermiques ont été comparés. Enfin, l’influence de différents objectifs d’optimisation pour la méthode GATO a été étudiée.The heat-generating surface with multiple heat sources is frequently encountered in modern power electronic devices. Efficient cooling techniques are especially needed to prevent the overheating of these devices, so as to avoid consequences like performance deterioration, failure rate increase, reduced lifetime and safety threats. The main objective of this PhD thesis is to design and optimize the structure of heat sinks for single-phase convective cooling of a heat-generating surface under multiple-peak heat flux. Two optimization methods have been developed and applied in this study: one is the size optimization of channel inlets for tailoring the fluid flow distribution in straight channel heat sinks and another is the topology optimization of the global flow channel configuration based on the genetic algorithm (GATO). The impacts of design and operation parameters on the effectiveness of both optimization methods are numerically evaluated, with performance comparison to reference parallel straight channel heat sinks. After that, experimental validations of the proposed optimization approaches have been done by testing different heat sink prototypes using PIV and infrared thermography. Both the numerical and experimental results indicate that the GATO heat sink shows the best cooling performance under the tested conditions. Finally, different objective functions have been tested with the GATO method and the obtained results are further compared and discussed to showcase its effectiveness and robustness