随着电子器件越趋小型化,对散热提出了更高的要求。目前针对电子器件往往采用机械风扇的手段进行强化散热,但其在工作的过程中会产生无法消除的噪音以及震动,所以急需找到新的散热技术解决方案。为此,研究学者转向对离子风强化散热技术的研究。本文对多级针-网式离子风散热系统进行研究,通过电流体动力学、传热学、电磁学、材料学等多学科交叉,探究多级针-网式离子风发生装置的电学性能、流动规律及传热特点,归纳离子风散热系统结构参数对离子风的流动与传热的影响,并为此对离子风散热系统进行数值模拟仿真研究,总结出离子风电场、流场、温度场的理论,并基于此对离子风散热系统进行改进,为离子风强化散热技术提供可靠的理论指导。具体工作包括:实验分析了单级结构的针-网式离子风散热装置的离子风速特性和散热性能,探究了单级结构的针-网式离子风散热装置结构参数对其性能的影响机制。在散热性能方面,采用单级结构的针-网式离子风散热装置具有良好的散热性能和节能性。由于极间距为5mm时对应的工作电压范围很窄,并不具备实际应用价值。极间距为10mm为优选的针-网极间距。当极间距为5mm时,单级针-网式离子风散热系统的出风不稳定。极限工作电压时的出风效果可被视为离子风散热系统的极限散热性能。极间距为10mm和15mm情况下对应的极限性能相差无几,但要达到相同最大风速,极间距为15mm的工作电压比极间距为10mm的工作电压高5k V左右,并不利于实际应用。其中,离子风散热系统可把热源温度从70℃降低到37.9℃,热源温度在电压为6k V之前降低比较明显,在6k V之后,功耗的增加导致离子风散热系统产生更多的焦耳热以及摩擦损耗的增加,使到离子风散热系统的散热性能受限。离子风散热系统仅需2.6W即可使热源的温度从70℃降到37.9℃,仅需0.45W即可使热源的温度从70℃降到43.5℃,降温幅度高达37.8%。以针-网式离子风发生装置作为仿真模拟研究对象,通过商业模拟仿真软件COMSOL MULTIPHYSICS对针-网式离子风发生装置进行二维数值模拟研究,分析了针-网式离子风发生装置的电场和流场,并探究了针电极数目、针电极间距、网电极间距与厚度之比(dmesh/Wmesh)对针-网式离子风发生装置性能的影响。在电场中,针电极表面的最大电势和空间电荷密度均匀降至网电极,针电极之间存在明显的相互干扰作用,削弱了离子风发生装置的出风效果。在流场中,由于电场力的加速作用,在离子漂移区中的离子风风速最大。此外,离子风在网电极后的流场较为复杂,并且风速较大的区域仅局限于针电极以下很小的区域,这导致了在实际实验中测量风速的困难。针电极的数目直接影响空气流动区域的大小,多针能有效增加离子风的出风量,但其流场分布比较复杂。随着针电极间距的增加,相邻针电极间的干扰明显减少,出风显著增强。当针电极间距大于20mm,相邻针电极间已几乎无干扰。采用网电极间距与厚度之比(dmesh/Wmesh)反映网电极的疏密程度,网电极越疏对离子风的阻碍作用越小,更利于离子风的充分发展。对多级结构的针-网式离子风散热系统和单级结构的针-网式离子风散热系统进行对比研究,重点研究了散热系统的结构参数对其性能的影响规律。归纳总结了计算多级离子风散热系统工作电压与工作电流之间关系的经验方程。实验数据可知,多级针-网式离子风散热系统的工作电压与工作电流的平方根成线性关系,U-I关系式中比例系数k主要受到针数x和级数n的影响。多级针-网式离子风散热系统的最优级数是2级,最佳级间距为25mm,增加级数可以提高离子风平均风速和离子风风速分布的均匀性。多级针-网式离子风散热系统的最大增强因子可达3.705。当热源温度在38℃左右时,多级针-网式离子风散热系统的功耗仅为0.8W,比单级针-网式离子风散热系统的功耗低1.2W,多级离子风散热系统的节能性被得到证实。对一体化结构、传统多级结构和单级结构的针-网式离子风散热系统进行对比研究,重点研究了散热系统的结构参数对其性能的影响规律。实验数据可知,一体化多级针-网式离子风散热系统和传统结构的多级针-网式离子风散热系统的电场特性相似,但其有着更小的工作电流、更窄的工作电压范围。一体化结构的多级针-网式离子风散热系统的优选级数是2级,增加级数并不能有效增强离子风,反而导致离子风效率降低、功耗徒增。一体化多级针-网式离子风散热系统相比单级情况可以有效降低热源温度,其仅需1.5W的功耗即可对热源实现约35℃的温降。