随着电力系统及交通运输业的不断发展,电力电子元件正在向着高性能、大功率、小型化的方向快速发展,其工作过程中产生的大量热量,若不及时带走,将引起电子元件温度上升,当电子设备的结温达到一定值以后,每升高1℃其可靠性下降5%,且失效率会随着温度的升高急剧增加,从而影响其工作的稳定性和可靠性,进而影响电力系统或电力机车的正常运行。本文以应用于大功率晶闸管散热的圆柱扰流型水冷散热器为模型,对其进行了流动与传热性能的数值模拟,分析了散热器在散热过程中存在的问题,根据强化传热原理对散热器进行了结构改进。本文的主要研究成果如下:首先通过试验对数值模拟方法进行可靠性验证,对比不同入口流量下散热器热阻的试验值与数值计算值,分析存在的误差范围及原因,并运用FLUENT软件对圆柱扰流型水冷散热器内的流动与传热过程进行了模拟,得到了受热表面的温度分布、内部流道的速度分布及压力分布,结果显示散热器的温度分布与速度分布是相关的且十分不均匀,速度分布呈现中间速度偏高,两侧速度偏低,温度分布则呈现中间偏低,两侧温度偏高;随着入口流量的增大,散热器的热阻随之减小,流阻随之增大;随着加热功率的增大,散热器的热阻和流阻均变化甚微。其次,引入相对标准偏差、均匀性指数和Christiansen均匀系数,分别对原型散热器的温度和速度均匀性进行了分析,验证了上述三种均匀性系数均可用于表征该原型散热器温度和速度分布的均匀性。最后对该圆柱扰流型水冷散热器进行了改进设计。通过对原型散热器增设挡板、增大扰流柱直径后进行模拟,发现上述措施均使得散热器的热阻降低而流阻增大,且散热器的综合性能与温度均匀性均有不同程度的提升。而通过增大散热器进出口流道的夹角,散热器热阻较原型散热器降低较少,而流阻增大较多,其综合性能较原型散热器有所降低,因此仅通过改变进出口夹角大小不能改善散热器的综合性能,可通过与其他方式相结合的办法进行优化。