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随着性能的急剧提升，散热问题逐渐成为限制电子器件发展的主要原因之一。若散热不佳，热量将在电子器件中产生高温，影响器件性能，甚至会导致器件失效。而随着集成度的提高，器件功率密度大幅增加，随之而来的热流密度也大幅提升。高热流密度使得热量聚集，更容易产生高温，对电子器件造成危害。然而，目前缺乏高效的散热手段对高热流密度电子器件实现有效的散热，并且，对于一些具有局部高热流密度热点的电子器件，缺乏有效的温度均匀性散热技术以降低局部高温。针对以上问题，本文开展了如下研究工作：
提出了分布式阵列射流体冷却结构，使冷却液通过阵列射流喷射到芯片的各个表面，充分利用了芯片的散热面积，并且使得冷却液直接与芯片接触，大大减小热阻。采用回收孔的结构减小了相邻喷嘴的射流干扰。对该散热结构进行了模拟和实验研究，发现体冷却方案不仅可以充分利用芯片的散热面积，还利用了芯片三维导热的特性，使冷却液更加接近热源，进一步降低了总热阻，带来了额外的散热效果。当体积流量达2100mL/min时，实现了总热阻仅0.05K/W。
提出了浸没式阵列射流体冷却结构，使其可以承受更高的温度，具有更高的可靠性。通过减小喷嘴孔径，实现了更强的散热性能。对热测试区进行了热阻优化和改进设计，使其能够实现440W/cm2,2200W的模拟芯片热源。热测试区的热损耗大约仅为1.2%。搭建了大功率散热性能测试系统，并对散热装置进行了实验测试。结果表明，散热装置总热阻不随芯片热功率的改变而变化，芯片温度随芯片热功率呈线性变化。在5L/min体积流量时散热装置总热阻仅为0.0318K/W，甚至低于热界面材料的体热阻0.0333K/W。
提出了混合体冷却散热方案。对阵列射流体冷却(Jet array Impingement Body Cooling，JIBC)、混合体冷却(Hybrid Body Cooling, HBC)和传统的阵列射流单面冷却(Jet array Impingement Single-surface Cooling，JISC)散热技术分别建立了三维传热模型。模型偏差分别不超过10.8%，21%和19%，表明模型可以用于三种散热方式的初始设计。利用模型和模拟仿真对三种散热装置进行了流动与传热特性的对比研究，发现在特定芯片尺寸、散热装置结构和阵列喷嘴结构参数时，HBC具有比JIBC更优的散热性能。在这种情况下，HBC对芯片顶面的对流换热系数显著高于JIBC，而侧面对流换热系数与JIBC差异不大。
提出了全局加密微通道结构设计，同时解决由芯片局部高热流密度热点和单向流体吸热升温所共同导致的芯片表面温度差异过大的问题。建立了相应的双层紧凑微通道三维传热模型。经验证，该模型与COMSOL仿真相比仅偏差不超过4.8%，能够准确预测具有非均匀热源和非均匀微通道宽度时的芯片表面温度场。采用模型进行传热研究，结果表明加密微通道虽然可以提高局部对流换热系数，但可能由于流量的降低导致局部温度更高。基于模型，结合遗传算法，对芯片全局加密微通道进行了优化设计，优化后的微通道使芯片表面最大温差由45℃降低到13℃，表现出较好的均温性。
提出了分布式阵列射流体冷却结构，使冷却液通过阵列射流喷射到芯片的各个表面，充分利用了芯片的散热面积，并且使得冷却液直接与芯片接触，大大减小热阻。采用回收孔的结构减小了相邻喷嘴的射流干扰。对该散热结构进行了模拟和实验研究，发现体冷却方案不仅可以充分利用芯片的散热面积，还利用了芯片三维导热的特性，使冷却液更加接近热源，进一步降低了总热阻，带来了额外的散热效果。当体积流量达2100mL/min时，实现了总热阻仅0.05K/W。
提出了浸没式阵列射流体冷却结构，使其可以承受更高的温度，具有更高的可靠性。通过减小喷嘴孔径，实现了更强的散热性能。对热测试区进行了热阻优化和改进设计，使其能够实现440W/cm2,2200W的模拟芯片热源。热测试区的热损耗大约仅为1.2%。搭建了大功率散热性能测试系统，并对散热装置进行了实验测试。结果表明，散热装置总热阻不随芯片热功率的改变而变化，芯片温度随芯片热功率呈线性变化。在5L/min体积流量时散热装置总热阻仅为0.0318K/W，甚至低于热界面材料的体热阻0.0333K/W。
提出了混合体冷却散热方案。对阵列射流体冷却(Jet array Impingement Body Cooling，JIBC)、混合体冷却(Hybrid Body Cooling, HBC)和传统的阵列射流单面冷却(Jet array Impingement Single-surface Cooling，JISC)散热技术分别建立了三维传热模型。模型偏差分别不超过10.8%，21%和19%，表明模型可以用于三种散热方式的初始设计。利用模型和模拟仿真对三种散热装置进行了流动与传热特性的对比研究，发现在特定芯片尺寸、散热装置结构和阵列喷嘴结构参数时，HBC具有比JIBC更优的散热性能。在这种情况下，HBC对芯片顶面的对流换热系数显著高于JIBC，而侧面对流换热系数与JIBC差异不大。
提出了全局加密微通道结构设计，同时解决由芯片局部高热流密度热点和单向流体吸热升温所共同导致的芯片表面温度差异过大的问题。建立了相应的双层紧凑微通道三维传热模型。经验证，该模型与COMSOL仿真相比仅偏差不超过4.8%，能够准确预测具有非均匀热源和非均匀微通道宽度时的芯片表面温度场。采用模型进行传热研究，结果表明加密微通道虽然可以提高局部对流换热系数，但可能由于流量的降低导致局部温度更高。基于模型，结合遗传算法，对芯片全局加密微通道进行了优化设计，优化后的微通道使芯片表面最大温差由45℃降低到13℃，表现出较好的均温性。