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随着电子器件向高度集成化、微型化和高能耗化发展,其热流密度不断攀升,“热致失效”的电子设备故障率不断上升,冷却问题成为制约其发展的一大阻力。作为一种高效传热技术,冲击射流是处理高热流密度散热时极具潜力的手段之一。本文针对本团队提出的一种阵列式圆锥热沉结构,采用数值模拟的方法,系统地研究了小孔径圆形喷嘴水射流冲击圆锥热沉的流动和传热特性,主要工作如下:首先,建立冲击射流冷却圆锥热沉的物理模型与数学模型,简化和定义模型边界条件。对比分析冲击射流冷却平板热沉、球凸热沉和圆锥凸起热沉的文献实验数据和仿真结果,验证了冲击射流仿真常用的Realizable k-ε模型、v2-f模型、SST k-ω模型和Transition SST模型的可靠性,发现Transition SST模型可靠性最高。以喷嘴出口流动充分发展要求,通过数值模拟确定喷嘴计算长度为50倍管内径;同时,定义和优化模型其他相关边界条件以及数值计算方法。其次,系统研究了小孔径圆形射流冲击圆锥热沉的基本流动和传热特性。根据流动特点,将热沉过流区域划分为滞止区、圆锥表面射流区、圆锥边缘区和平面射流区,并通过两相分布、压力系数、速度、湍动能等流动参数和热沉温度、局部努塞尔数和平均努赛尔数等换热参数,分析了流动和传热特性。与平板热沉相比,圆锥热沉滞止区的传热能力显著提升。圆锥边缘区出现流动分离和二次射流,导致传热被先削弱后增强。大多数雷诺数下圆锥热沉换热能力优于平板热沉。当0<r/Dn<3时,圆锥热沉换热能力最优异,比平板热沉高出最多15%。然后,考察了喷嘴雷诺数（Re=5000-50,000）、圆锥底部夹角（0?-70?）、圆锥底部圆角（Ru=0-2.0 mm）和圆锥顶部圆角（Rt=0.02-4.0 mm）对流动和传热影响。增大喷嘴雷诺数可有效降低热沉温度,提高热沉温度均匀性。当Re=50,000时,热沉温度极差减小16.6 K。小夹角圆锥热沉的换热性能更好。减小圆锥底部夹角,二次射流被削弱,马蹄涡尺寸减小。增大顶部圆角削弱了滞止区的传热优势。改变底部圆角,可以控制马蹄涡规模。当底部倒角Ru=4 mm时,马蹄涡消失。最后,根据结构参数对单射流的影响,设计了用于多射流的圆锥尺寸:圆锥底部夹角?=40°、顶部圆角Rt=0.5 mm、底部圆角Ru=0.4 mm和圆锥体间距Rarray=8 mm,研究了多射流的流动和传热特性。增加射流孔目数,高温区向边缘缩小,热沉整体温度降低。在Re=20,000和30,000时,j因子较小。在Re=5000时,j因子最大。根据努塞尔数比值和j因子变化特点,小雷诺数和多射流匹配时,热沉换热性能最佳。