为了满足未来高能物理实验对粒子探测结果位置分辨率的要求,围绕顶点分布的像素探测器被广泛的应用于各高能物理实验中。随着像素探测器位置分辨的提高以及层数的增加,高功率且密集叠放的像素探测器会导致芯片温度迅速升高,造成芯片失效、探测精度降低等问题。为了解决温度、功耗和叠放布局的冲突,获得更好的探测性能,像素探测器的热设计是像素探测器研究的一个核心问题。然而,对于复杂像素探测器,受限于计算条件,传统的数值方法通常无法准确模拟复杂像素探测器的模型结构,同时,材料参数、气隙、接触方式等难以准确获取和模拟的因素也将导致计算结果与实际值的偏离,使数值方法难以进行有效的定量化研究。为了更好的实现复杂像素探测器的热分析,本文分别提出了微元-整体等效法和热阻修正法用于由多个重复性的复杂像素元构成的大型像素探测器的模拟以及对模型精度的提高。在微元-整体等效法中,通过对像素元几何以及参数的转换来构建探测器等效模型,在保证模型精度的前提下大幅度降低了因像素探测器中像素元复杂结构带来的计算量。在热阻修正法中,将包含边界热源的传热模型视作热阻网络进行分析简化,根据一组位于参与面的温度测量信息,通过调整热流路径中某一区域热阻来实现对两温度面间总热阻的等效修正,以获得真实的传热速率,有效地替代材料、间隙、接触等未知的导热因素,提高模型的精度。通过对ALICE ITS2像素探测器的研究,分别对微元-整体等效法和热阻修正法进行验证。结果表明,内层探测器等效模型与原模型在温度值以及温度场分布具有良好的一致性,最大温差保持在0.2℃以内。在使用热阻修正法对模型参数进行修正后,内层探测器模型的数值结果与实验结果的平均温差由5.6℃降低至1.63℃,最大温差由8.12℃降低至2.70℃。上述研究证明了该方法可以有效且准确的应用于复杂像素探测器的热分析。通过微元-整体等效法和热阻修正法对最新一代的ALICE ITS3探测器进行热分析,研究了对流换热系数、环境温度、功率密度、功耗比例、功耗区长度、探测器长度、探测器导热系数、导热结构对探测器工作温度的影响。此外,提出了通过冷源导热结构来解决探测器功耗区高温的方案,研究结果表明,当探测器导热系数由5.9 W K-1m-2提高至100 W K-1m-2并使用冷源时,探测器的最高温度与最大温差将由 40.6、23.0℃优化为 33.8、16.3℃。