半导体元器件是当今电子信息时代的硬件基础,可靠性至关重要;但随着工作温度的升高,其故障率几乎呈指数级增长。在元器件的散热过程中,空气侧热阻一般是所有热阻中最大的一环,对流换热亟需强化。基于电流体动力学(EHD)效应的电晕风技术可以大幅提高对流换热系数,同时又规避了传统风扇的一些缺点,因此得到了广泛的研究。它的基本原理是利用曲率半径很小的发射极和尺寸较大的集电极组成一个EHD装置;当发射极上施加足够高的电压时,其周围空气被电离,并在电场力的作用下形成吹向集电极的电晕风。本文依托国家重点研发计划,为满足高效高可靠的散热需求,依次开展了电晕风强化对流换热的机理研究、实验研究和应用研究。在机理研究中,通过数值模拟得到了线-板式电极结构中的电场、速度场和温度场。基于对流换热的场协同理论,在不同条件下量化分析了速度和温度梯度两个矢量间的夹角,又称协同角。热沉壁面温度分布由空气流速和协同角共同制约。提高流速或减小协同角均可以强化对流换热;当流速很低时,协同角对换热性能起着决定性的作用。在实验研究中,发射极采用线电极,集电极为一个渐扩的双肋片热沉,这也是一种线-板式电极结构。变量参数为:电极电压、电压极性、线基距(线电极与肋基的距离)、线电极直径、肋夹角和加热功率。目标参数为:电晕电流、电晕风速、对流换热系数强化比(ER)以及EHD装置的性能系数(COP)。同时利用数值模拟来分析参数变化对实验结果的影响机制。有些实验参数的影响规律非常清晰,如升高电压或减小线径总能增大电晕电流,提高电晕风速,增强对流换热。但线基距的变化对换热的影响较为复杂,随着线电极从肋基向热沉开口端移动,对流换热系数先增大后减小。另外,肋夹角的变化改变了电极间距和流道尺寸,同时影响了电晕放电和空气流动,使换热性能表现出不同的特点。本文分别从流动特性和场协同两个角度分析了对流换热性能变化的原因。EHD装置的能效可以用COP来评价,它是对流换热的热流量与电晕功耗之比。本文中电晕功耗对COP具有决定性的影响,电晕功耗越低,COP越高。然而,电晕功耗低意味着电晕风弱,这导致最高COP和最大ER无法兼得。本EHD装置的电晕功耗非常低,故不必追求过高的COP。提高对流换热系数可以降低热沉成本并延长电子元器件的寿命,这也是整个系统经济性的体现。实验中得到的最大ER为4.17,最高COP为144.3。在最后的应用研究中,使用一个12肋的太阳花热沉作为集电极,与一片LED光源组装成一盏灯具。12根线电极分别置于太阳花热沉的每个肋间隙内,进行电晕风强化LED灯具对流换热的实验研究。实验有两个目的,一是得到电晕风强化对流换热的性能,二是验证电晕放电中的高电压和电流脉冲是否影响灯具原本的光学参数。结果表明相比自然对流,电晕风将对流换热系数最大提高了2.14倍;而且由于光源温度降低,其光效和电光转化效率也有所提升。通过对照有无电晕风时光源的光谱分布、色品图和相关色温,未发现放电过程对灯具的光学参数造成影响。