微通道散热器其结构简单,易于封装且具有高效的换热能力等特点被广泛的应用在航天、航空、医学器材以及微小电子设备领域。但是随着电子设备在微小体积内集成程度的逐渐升高,其高热流密度对电子设备的安全高效运行提出了更严格的考验。对于更高的热流密度和更小的散热空间问题已经成为了电子设备高效率散热技术面临的难题之一。为了保证微电子设备在工作中的稳定性和可靠性,高效且可靠的设计方案显得尤为重要。因此,本文采用拓扑优化设计的方法应用于微通道散热器的结构设计中,基于有限元法分析流固共轭传热过程,建立多目标拓扑优化模型,对不同进出口方式和不同入口条件的散热问题进行了拓扑优化设计及数值仿真分析,并进行三维模型构建,进而验证其有效性。主要包括以下几部分内容:首先,构建了四种不同单进口-单出口布置方式的几何模型,以平行进出口布置方式为例探究流体体积分数占比对拓扑优化构型的影响,进而以最佳的流体体积分数占比为约束进行后续的计算。然后,采用不同的雷诺数为变量,以最大化换热为目标函数,求解了均匀热源分布下通道的优化设计问题,得到了清晰的通道结构。接下来对换热性能最好的两种进出口布置方式以换热量最大化和流体能量耗散最小化为双目标函数进行加权。结果表明:随着权重系数值的不断增大,整个设计域的平均温度逐渐降低,与此同时进出口压降却随之增大。其次设计了四种双进口-双出口布置方式的微通道换热器,分别以换热量最大化作为单目标函数以及换热量最大和流体能量耗散为双目标函数进行拓扑优化。以不同的雷诺数为变量,求解了均匀热源下通道分布的优化设计问题,得到换热性能最优的两种结构。对上述换热性能最优的两种结构采用双目标函数加权方法进行拓扑优化。结果表明:随着权重系数的逐渐增大,设计域内的流道分支结构逐渐增多,流道宽度变窄,换热面积增大,使得设计域平均温度降低,与此同时进出口压降也显著增大,这是因为在优化过程中换热量所占比重增加时,必须以压降损失为代价。最后,为了验证利用拓扑优化方法得到模型的换热性能,选取双对角平行进出口布置方式结构在权重系数值取0.4时的通道结构模型,将其构建成三维流道结构。通过数值仿真计算与传统直通道进行对比,通过分析压降、努塞尔数、热阻及设计域最高温度效果。结果表明:在相同入口流速下,拓扑优化构型的平均温度、最高温度,热阻均低于传统直通道,努塞尔数高于传统直通道。另外,其压降也小于传统直通道。因此利用拓扑优化设计方法得到的流道结构综合换热性能更优。