随着工业装备技术和航空航天科技的迅猛发展,高性能工程材料的设计与制备变得更为重要。开孔金属泡沫作为超轻多孔金属材料的一种,因其密度小,比表面积大,骨架结构部分热传导系数高,并具有混合通过其冷却流体的能力,经常被用作航空设备中的紧凑型热交换器和大功率电子设备中的散热装置。因此,利用有效的宏观等效模型,研究金属泡沫内部单胞微观尺寸对其宏观散热性能的影响是兼具理论和工程应用的研究课题。如今,集成化、小型化和功率密度不断增加是电子设备发展的趋势,然而散热问题成为制约其发展的主要瓶颈之一。合理优化设计电子设备的散热装置,改善电子设备内部流场,从而有效的降低关键元器件的温度,提高电子设备的稳定性和使用寿命,成为电子设备设计人员广泛关注的课题。在以上背景下,本文对金属泡沫材料的传热性能和电子设备散热结构的优化设计进行了探讨,主要内容如下:(1)强迫对流下开孔金属泡沫换热性能表征的新方法:传递矩阵法。以开孔金属泡沫结构强迫对流换热为研究背景,传递矩阵法以简单立方体单胞模型为基础,把金属泡沫简化为由周期性微结构组成的,在考虑流体温度变化的同时,对微结构中的热传导进行了更深一步的分析,得到了换热器整体换热性能与微结构尺寸之间的关系。传递矩阵法克服了翅片分析方法由于过分简化带来的误差,计算精度有了明显提高,所预测的结果与多孔介质模型相近。通过与实验的比较表明传递矩阵法计算结果与实验结构更为接近,验证了此方法的有效性。(2)CPU芯片散热结构设计:为了解决CPU芯片温度过高的问题,分别采用构形理论和拓扑优化方法对CPU芯片上高导热材料的铺设形式进行设计,文中以高导热材料用量为优化目标,CPU许用温度为约束条件,通过商业软件对电子设备内部温度场、流场情况进行了数值模拟,计算结果表明了拓扑优化方法所得构形能够更好的降低CPU芯片温度,减少高导热材料用量。(3)Led灯具散热结构设计:在实际应用中某Led灯具框架散热结构优化设计的需求下,对灯具在工作时的温度及周围流场分布进行热仿真,找出了原始设计方案中的不足,尝试了若干种方案对灯具散热框架结构进行了优化设计,设计结果大大降低了灯具的工作温度,减轻了灯具结构重量。