发光二极管（LED）作为第四代光源,相比于传统的卤素灯和节能灯具有一系列的优势,但是由于其散热问题尚未很好地解决,限制了LED往小型化、高密度集成化方向发展。本文提出了一种结合热电制冷技术、微通道散热技术和纳米流体冷却液的LED散热方式,适用于大功率LED在较高的环境温度下使用,并可保证其结温不超过限定值（120℃）。本文通过LED散热流程的分析,设计热电制冷&微通道散热系统与LED的集成系统,搭建LED散热测试实验平台,配制分散性稳定的Ti O₂纳米流体作为冷却液,并进行散热实验,主要工作如下:对比了LED&风冷散热片、LED&热电制冷&风冷散热片、LED&微通道换热器、LED&热电制冷&微通道换热器四种散热方式的启动特性;通过正交实验,研究热电制冷片的电流I_TEC、环境温度T_a、冷却液进口温度T_i、流速对LED散热影响的主次顺序,并对主要因素的影响进行实验探究。配制分散稳定性良好的Ti O₂纳米流体,在不同的TEC功率、纳米流体浓度（φ）和环境温度（T_a）下测量了LED基板温度（T_s）,分析了从LED基板到环境的总热阻（R_t）,并拟合了热阻与纳米流体浓度的关系式,研究了不同浓度纳米流体和环境温度影响下LED的基板温度、散热系统的热阻（R_o）以及微通道换热器中的换热量,评价了散热系统的有效性。实验结果表明:LED&热电制冷&风冷散热片的散热效果最差,原因是由于TEC热端的热量不能被有效地散去;使用热电制冷&微通道换热器的散热系统可以使LED基板温度低于环境温度和冷却液温度,表现出较好的散热能力;影响LED散热主要因素的主次顺序依次为:I_TEC>T_i>T_a>u。随着I_{T EC}增大,T_i降低,T_a降低和u的增加,T_s降低。使用纳米流体作为冷却液在散热系统中可以改善LED的散热,并且在一定质量分数范围内,随着质量分数的提高,LED基板温度越低。相比使用水冷却液,使用纳米流体作为冷却液作为可以使LED在更高的环境温度下保持较低的温度。