随着现代科学技术的快速发展,芯片逐渐趋向于小型化、集成化,但是高度集成的芯片容易产生较高的热流密度和局部热流,使芯片因为高温导致失效。所以需要高效的散热方式来降低芯片的温度,避免局部高温的产生,从而延长芯片使用寿命。目前,散热方式有自然冷却、空冷和液体冷却等,其中传统的自然冷却和空冷已经无法满足现有的散热需求,所以需要更高效的散热方法。近年来液冷换热器因为出色的散热能力被许多学者关注研究,并为了进一步增强传统液冷换热器的散热能力提出了各种优化方法,其中拓扑优化因其自由度高而应用于多个领域。首先,本文在仿生学的基础上使用拓扑优化方法设计了新型换热器,该换热器的设计目标为提高温度均匀性和降低流体功耗。提高温度均匀性的目标可以通过降低温差或降低平均温度来实现,而降低流体功耗可以通过降低压降来实现。因此提出了两个优化目标函数,一个是温差和压降的耦合函数,另一个是平均温度和压降的耦合函数。本文采用了基于SIMP（固体各向同性材料惩罚模型）材料插值的变密度法对三进口三出口仿蜘蛛网状的设计域进行求解计算,最终优化得到两个二维拓扑结果R1（以最小化温差和压降为优化目标）和R2（以最小化平均温度和压降为优化目标）。除此之外探究了入口雷诺数对拓扑优化结果的影响,结果表明拓扑优化的流道复杂度会随着雷诺数的增大而增加。其次,通过建模软件构建了传统仿蜘蛛网换热器的三维模型（M1）,并将二维拓扑优化结果进行拉伸,构建了两个三维拓扑换热器模型M2（由R1拉伸得到）和M3（由R2拉伸得到）。对两种拓扑换热器和传统仿蜘蛛网换热器的传热性能和流体流动特性进行了数值仿真,仿真结果表明,当入口速度vin=0.6m/s即雷诺数Re=2056.8时,M1的温差是22.615K,M3的温差为20.207K,而M2的温差仅为9.634K,比M3降低了52.32%,比M1降低了57.35%,同时M3的温差比M1降低了10.64%。由此可见两个拓扑换热器的温度均匀性均优于传统仿蜘蛛网换热器。此外,两个拓扑换热器的压降远小于传统的仿蜘蛛网换热器。通过以上分析可以得出,M2具有最好的综合散热能力。然后,通过遗传算法对散热效果最好的换热器M2进行参数优化,其中设计变量为流体通道高度和换热器底板厚度,优化目标为提高努塞尔数并降低压降。优化结果显示最优解为流体通道高度4.9mm,底板厚度1.2mm。根据优化结果构建了换热器模型并通过仿真验证了优化结果的可靠性。最后,为了验证数值模拟的正确性,利用3D打印技术制造了最佳换热器M2模型,并对M2的流动传热性能进行了实验验证。实验表明M2的实验结果与仿真结果之间的误差不超过10%,证明了仿真结果的可靠性。