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当下电子元器件封装正朝着微型化、高集成度的方向发展，热流密度攀升。而过高的温度是导致电子元器件故障甚至失效的主要原因之一，如何对其有效散热成为亟待解决的问题。冲击射流作为一种独特的换热技术，具有比其他手段更强的换热能力，是解决高热量电子元器件散热问题颇具潜力的方案。本文提出了一种圆柱凹腔结构，与冲击射流相结合，运用数值模拟的方法，详细研究了水射流冲击圆柱凹腔热沉的流动与换热特性，主要工作有：
首先，依据本课题组的一项阵列式圆柱凹腔射流散热器发明建立了单射流冲击圆柱凹腔热沉的物理模型，并简化了模型结构。通过对湍流模型的介绍遴选出了冲击射流仿真模拟常用的Realizablek-ε模型、SSTk-ω模型、v2-f模型和TransitionSST模型。经过对比分析冲击射流仿真及相关实验数据，验证了TransitionSST模型的可靠性。定义了模型相关边界条件以及优化了数值计算方法。
然后，将射流冲击平板热沉作为对照，详细研究了射流冲击圆柱凹腔热沉的流动与传热基本特性。结合相分布、速度、压力系数分布等流动特点，将换热表面的流动细分为滞止区、凹腔底面流动区、凹腔侧壁外侧流动区和平面流动区四个区域，并通过压力系数、湍动能和速度等流动参数和热沉温度、努塞尔数和平均努赛尔数等换热参数，分析了各分区的流动和换热特性。与平板热沉相比，圆柱凹腔结构的引入增加了流体的扰动，虽然在凹腔底面流动区因流动分离导致了传热恶化，但是在凹腔侧壁外侧流动区产生的涡旋及射流二次冲击大大强化了传热。当0＜r/Dj＜3时，圆柱凹腔热沉换热能力最强，比平板热沉提高了13.7%。
最后，考察了射流雷诺数(Re=5,000-20,000)、射流高度(H/Dj=2-10)、圆柱凹腔深度(h/Dj=0.03-0.15)和圆柱凹腔直径(d/Dj=2-5)对流动和传热影响。提高射流雷诺数可以有效地降低热沉温度；将雷诺数由5,000提升至20,000时热沉最高温度下降了12.4K，平均温度下降了8.8K。提高射流高度对传热恶化起到了减缓作用；当Re=20,000时，射流高度H/Dj=10比H/Dj=2传热恶化降低了12.3%。增加凹腔深度使得二次射流冲击点右移，进而扩大了传热强化范围。增加凹腔直径降低了整个圆柱凹腔结构的换热能力；当Re=20,000时，直径d/Dj=5比d/Dj=2的整个凹腔结构换热性能降低了15.6%。
首先，依据本课题组的一项阵列式圆柱凹腔射流散热器发明建立了单射流冲击圆柱凹腔热沉的物理模型，并简化了模型结构。通过对湍流模型的介绍遴选出了冲击射流仿真模拟常用的Realizablek-ε模型、SSTk-ω模型、v2-f模型和TransitionSST模型。经过对比分析冲击射流仿真及相关实验数据，验证了TransitionSST模型的可靠性。定义了模型相关边界条件以及优化了数值计算方法。
然后，将射流冲击平板热沉作为对照，详细研究了射流冲击圆柱凹腔热沉的流动与传热基本特性。结合相分布、速度、压力系数分布等流动特点，将换热表面的流动细分为滞止区、凹腔底面流动区、凹腔侧壁外侧流动区和平面流动区四个区域，并通过压力系数、湍动能和速度等流动参数和热沉温度、努塞尔数和平均努赛尔数等换热参数，分析了各分区的流动和换热特性。与平板热沉相比，圆柱凹腔结构的引入增加了流体的扰动，虽然在凹腔底面流动区因流动分离导致了传热恶化，但是在凹腔侧壁外侧流动区产生的涡旋及射流二次冲击大大强化了传热。当0＜r/Dj＜3时，圆柱凹腔热沉换热能力最强，比平板热沉提高了13.7%。
最后，考察了射流雷诺数(Re=5,000-20,000)、射流高度(H/Dj=2-10)、圆柱凹腔深度(h/Dj=0.03-0.15)和圆柱凹腔直径(d/Dj=2-5)对流动和传热影响。提高射流雷诺数可以有效地降低热沉温度；将雷诺数由5,000提升至20,000时热沉最高温度下降了12.4K，平均温度下降了8.8K。提高射流高度对传热恶化起到了减缓作用；当Re=20,000时，射流高度H/Dj=10比H/Dj=2传热恶化降低了12.3%。增加凹腔深度使得二次射流冲击点右移，进而扩大了传热强化范围。增加凹腔直径降低了整个圆柱凹腔结构的换热能力；当Re=20,000时，直径d/Dj=5比d/Dj=2的整个凹腔结构换热性能降低了15.6%。