热分析和热设计技术已成为现代电子设备设计和研究过程中一个重要研究课题。采用数值仿真方法分析电子设备的热特性是热分析研究领域的重要内容,目前基于有限容积法的热仿真软件已广泛应用于电子设备设计开发中,通过对此类软件的应用,使产品在研发期间就能发现缺陷并提出更改方案。基于此,本文以2U机架式服务器为研究对象,对其热特性的数值建模方法进行了研究,并采用优化设计方法对初始方案进行了优化设计,具体工作如下:(1)研究了热设计数值仿真分析技术的建模方法和建模理论。描述了一阶迎风格式对控制方程的离散过程,基于交错网格的SIMPLEST算法建立和求解过程以及紊流模型的建模过程。(2)对服务器热仿真模型的建模方法进行了研究。讨论了环境因素对服务器散热的影响,明确了求解域的设置,通过分析指出了采用厚型壁对机箱进行建模原因,研究了PCB板建模方法并分析了其不足,给出了封装芯片的热网络简化模型的建模方式;研究了影响打孔板热流特性的因素给出了其设置方案;介绍了风扇的建模过程;讨论了体积阻尼对电源建模的影响;通过分析指出了网格划分对散热器实体模型热仿真计算的重要性;讨论了仿真求解过程中常见问题,并提出了解决这些问题的方法。考察了不同紊流模型对仿真结果的影响以及热辐射对服务器热特性的影响。(3)通过分析风扇出口与芯片之间的距离对前端两芯片热特性的影响,确定前端芯片布局方案。采用基于试验设计的循序优化对后部芯片的位置进行优化设计,使后部芯片散热效率大幅提高。(4)论述了散热器设计原理和方法,分析了不同形式的散热器在服务器上的应用效果,提出直肋散热器适合采用的优势,分析了材料和散热器底板厚对散热器效率的影响,简述了响应面法的基本理论,并通过响应面优化对肋片结构进行了优化设计,使得服务器散热效率得到进一步提高。