微电子制造工业领域日新月异,集成化、大功率的芯片如雨后春笋般涌入电子元件市场。与此同时,芯片的发热量亦与日俱增,传统风冷技术颓势尽显。为了保持芯片技术更新换代的步伐,液冷散热技术应运而生。液冷热沉集效率高与体积小两大优势于一身,运行稳定,安全可靠。本文研究了目前微通道散热器领域认可度最高的平行直通道与分形流道两种散热器结构的优化设计方法与流动传热特性,具体工作如下:针对分形微通道热沉的压降进行了详细分析,研究了初级流道分支数量、流道总分支级数、各级流道长度以及分叉角度对分形流道热沉流动特性的影响;然后以上述结构尺寸参数为设计变量,系统总压降为目标函数,使用遗传算法对分形微流道散热器进行了压降优化设计。并使用数值模拟的方法对优化结果进行了验证。使用数量级较大的对流换热热阻等效替代散热器总热阻,并以之为第一个目标函数;使用简化后的系统压降模型作为第二个目标函数;统一热阻与压降的数量级关系以构建统一目标函数;使用遗传算法进行多目标优化设计。最后通过数值仿真对各权重分配下的优化结果进行了验证。着重研究了比表面积对各权重组合下优化热沉冷却性能的影响,发现比表面积与热阻呈反相关关系。从而提出优化热沉比表面积同样可以改善热沉冷却性能的思想。针对型号为Intel Core i7-4790K的四核CPU处理器进行了散热设计。考虑了扩散热阻对总热阻的影响,并将其加入热阻网络模型。使用遗传算法对散热器总热阻进行了优化设计,并通过仿真模拟验证了热阻网络模型的准确性。最后详细分析了最优热沉模型的流动与传热性能。通过数值模拟验证了氧化铝与氧化铜两种纳米流体对分形微通道热沉冷却性能的强化作用,并对氧化铝纳米流体的流动特性与传热性能进行了详细研究。