随着电子元件热流密度迅速增长,为保证大功率电子元件在正常温度范围内工作,对散热器的性能要求愈发严苛。考虑到强制风冷是目前应用最普遍的散热方式,本文选取三种典型的风冷散热器(即平直肋片散热器、填充泡沫金属的矩形通道散热器以及放射状肋片散热器)为研究对象,利用CFD软件对散热器的换热能力进行强化,并对流动与传热综合性能进行优化。首先,针对传统的两侧进风式CPU散热器进行了数值分析,表明其流道底部的中心区域存在低速区,换热情况较差。我们提出对散热器进风口上部进行部分封闭,提高了底部低速区域的空气流速,从而降低了散热器的最高温度。在低风量和高热负荷条件下,添加进口挡板对冷却效果的改善最为显著。随后,对填充渐变孔隙率泡沫铝的散热器内的流动与换热特性进行了数值模拟,分析了孔隙率分别沿流动方向和高度方向逐渐变化对散热器性能的影响。结果表明:与均匀孔隙率的散热器相比,孔隙率沿高度方向渐变的散热器压力损失减小,最佳的孔隙率渐变方式为沿高度方向由0.963递减至0.70,与当量孔隙率0.832的均匀孔隙率散热器相比,泡沫铝散热器的综合性能明显提高。最后,针对传统的放射状肋片散热器,提出了正弦曲线波纹肋片和表面有圆柱状凸起的两种新型肋片形式。以散热器热阻作为评价指标,分析了正弦函数振幅、周期、凸起数目、排列方式、半径大小等对放射状肋片散热器换热性能的影响。研究发现正弦曲线周期、振幅对散热器的换热性能影响较小。对于肋片表面有圆柱凸起的散热器,总热阻随凸起数目的增多而降低,前疏后密的凸起排列方式最佳。凸起大小的不均匀性也会影响放射状平直肋片散热器的换热性能。