高密度电子设备具有组装密度高、各级元器件功率密度高、单位体积内热耗高等特点,而在其产品研发阶段,准确的描述产品的热特性及时发现散热设计的缺陷可以有效的缩短整个产品的研发周期。因此,电子设备的热特性数值仿真方法及热设计成为了近年来电子设备设计过程中最为重要的研究课题之一。本文针对上述情况,以IBM型号为X3650的2U服务器为研究对象,运用ProE和热仿真分析软件Flotherm建立相关的几何模型,求解了稳态温度场和速度场并对仿真结果进行实验验证,对影响其热特性的一些因素与规律进行了分析研究,并对散热器及整机进行了散热设计,总结出针对高密度服务器的数值仿真及散热设计方法,目的在于为高密度服务器的研发与设计提供一些参考依据。具体内容包括:1.建立了一款IBM X3650 2U服务器三维实体模型,讨论了服务器内部复杂组件的建模方法,求解室温Idle条件下的稳态温度场和速度场分布,并对机箱壁辐射因子对温度场及孔阵结构对气流流动特性的影响进行了分析研究。2.设计并完成了服务器的点温测试、热成像温度测试及气流流速测试实验,对仿真结果和实验结果进行了对比比较,证明了仿真方法的可靠性和求解结果的可信性。3.提出了一种基于热交换系数法的利用基座等效整个散热器的散热器等效建模方法,从而达到在系统级分析中简化分析模型,节约计算时间的目的。运用遗传算法对散热器进行了双参数变量的结构优化设计,并应用基于DoE实验设计的SO循序优化进行了仿真验证,提高了散热器的散热效率。4.讨论了有风道、无风道、只有CPU风道和只有内存风道四种情况对服务器内部气流和关键点温度的影响。阐述了RSO响应面优化法响应面的构建方法,并采用随机取点、均布取点和等高线取点构建响应面三种方式对PCB板上的北桥芯片进行了布局优化。