近年来,电子科技迅速发展,电子设备的高频率、高运行速度以及集成电路的集中化和小型化导致CPU（Central Processing Unit）单位面积的发热量急剧增加。CPU的运行速度与温度密切相关,CPU温度每上升1℃,其性能将下降5%,因此,设计与制造CPU高效散热装置成为一个急需解决的问题。常用的冷却工质（水、空气、油等）逐渐难以达到如此高强度的散热要求。纳米流体作为一种新型冷却剂,具有高导热性和良好的传热性能,被广泛地应用于科研和工业领域。基于以上研究背景,本论文主要从两个方面做了研究:一方面使用具有良好导热性能的纳米流体作为CPU冷却工质;另一方面使用凹槽和凸起改变CPU散热器的热交换表面以改善冷却效果。本论文的主要研究内容和成果概括如下:（1）通过“两步法”制备了不同质量分数的TiO₂-H₂O纳米流体（0.1%-0.5%）,研究与分析了配制的纳米流体的稳定性和热物理性质;（2）通过实验的方法测试了纳米流体在具有不同换热面的CPU散热器中的冷却性能,换热面通过半圆形凸起、矩形凹槽、圆柱形凸起、圆柱形凹槽进行改变,并研究了半圆形凸起的排列方式（顺排,叉排）、矩形凹槽的深度（1mm,2mm）、圆柱形凸起的排列方式（顺排,叉排）、圆柱形凹槽的排列方式（顺排,叉排）和深度（1mm,2mm,3mm）对CPU散热器中纳米流体散热性能的影响,采用综合评价指数、热效率、（火用）效率、熵增等多种评价准则分析了不同结构散热器中纳米流体的冷却性能。研究结果表明:在纳米流体的冷却下,CPU表面的温度明显下降。对于半圆形凸起结构,与去离子水相比,纳米流体在具有顺排凸起和叉排凸起的CPU散热器中流动,最多降低CPU表面温度的10.5%和12.5%。与顺排凸起相比,叉排凸起的CPU散热器的表面温度可降低2.7-3.8%。对于不同的强化换热结构,TiO₂-H₂O纳米流体的冷却性能随着质量分数先增强后减弱,总是存在一个质量分数使纳米流体具有最佳的传热性能,凸起结构和凹槽结构的最佳质量分数分别为0.4%,0.3%。圆柱形凹槽散热器的热效率随着纳米颗粒质量分数的增加而降低,但随着凹槽深度的增加而增大。在相同的传热技术下,顺排结构的热效率高于叉排结构的热效率。在相同的泵功和流速下,圆柱形凹槽散热器的（火用）效率显著提高。对于圆柱形凹槽散热器,叉排结构的总熵增几乎是顺排结构的2倍,这表明顺排结构在换热过程中具有更好的熵增性能。