本发明涉及热能工程技术，具体涉及一种联合拓扑优化与形状优化的热沉结构设计方法，使用变密度拓扑优化方法构建拓扑优化模型，其包含设计域、边界条件、目标函数、约束条件与设计变量，通过流固共轭传热有限元仿真方法计算目标函数及其对设计变量的灵敏度并据此更新设计变量场，最终获得流固共轭传热下最优拓扑结构；通过提取拓扑结构并以此构建形状优化设计模型，接着同样在流固共轭传热有限元仿真方法基础上，对结构边界形状进行进一步优化，提升热沉流动传热性能，最终得到满足电子器件散热需求的最优热沉结构。通过引入形状优化方法消除了基于变密度法拓扑优化结果中灰度单元对最终热沉优化结构的影响，提升了热沉流动传热性能。