双层热源模型广泛存在于3-D ICs、双层平面电机等多个领域中。由于其高集成会产生过高的温升,从而导致元器件使用寿命的降低甚至失效,所以对双层热源进行散热分析显得至关重要。此外,传统的风冷散热方式,已经无法满足集成热源的散热需求。而水冷散热方式由于其对流换热系数较高,被愈来愈多的应用到冷却系统中。本文将串联通道散热器应用到双层热源模型中进行水冷散热研究,提出的双层热源模型是由三层散热器和两层热源两两相间叠加在一起。文中首先对双层热源模型中的热源热量分配问题进行研究,基于热量分配问题提出了相对对流换热系数比例这一概念,得到热源层间相互影响的关系。然后建立热源的三维等效热路模型并根据热量分配原理对模型求解,在此基础上建立双层热源整体模型的等效热路图。最后对串连通道散热器进行热阻建模,将散热器分为多个单元并建立其热阻网络模型得到散热器的总热阻,最终得到双层热源模型温度场的理论结果。运用Fluent软件对使用串联通道散热器的双层热源模型进行数值仿真计算,在变化入口流速的情况下,对双层热源模型的温度分布以及散热器内的压力分布情况进行求解。将理论模型和数值仿真模型中,热源本身的平均温度和各表面平均温度的结果进行对比。结果表明,理论计算结果和仿真结果有较好的吻合度。对双层热源不同散热方案的散热效果的数值仿真计算进行对比,结果表明,与两种已有模型相比,在相同入口流速条件下,与两种已有模型相比,本文提出的使用串联通道散热器的方案平均温度最低,散热效果是最好的。最后,为了实现热源的更好散热,将双层热源模型中的串联通道散热器进行优化。将散热器的通道数、通道宽度两个结构参数设为变量;将热源一和热源二的平均温度设为目标函数,进行多目标优化。将仿真结果与优化结果进行对比,发现两者有很好的吻合度。