微通道热沉具有结构紧凑、体积小、换热面积大的优点,可以实现小空间内的高效散热,因此在航空航天、国防军事、电子通信等领域有着广阔的应用前景。本文针对高热流密度T/R(Transmitter and Receiver)组件的散热问题,设计并制作了一款金属微通道热沉,然后通过实验测量了金属微通道热沉的底部温度和换热系数。本文建立了微通道热沉对流换热的仿真模型。通过仿真研究了截面尺寸对矩形微通道流动与换热特性的影响。结果表明,减小微通道的宽度将提高微通道的换热系数、增大工质的压降;增大微通道的高宽比将提高微通道的换热系数、减小工质的压降。通过仿真研究了间隔结构对微通道阵列的流动与传热特性的影响。结果表明,添加了间隔结构后,边界层被破坏,微通道阵列的换热系数提升了88.8%~171.34%。此外间隔结构增大了工质流动过程中的局部阻力,导致工质的压降增加了8.2%~22.9%。基于热力学第二定律,对微通道的流动与传热过程进行了熵产分析,研究了微通道几何结构的变化对熵产的影响。根据熵产最小原理,确定了微通道热沉的最终结构。微通道的宽度为100μm,高度为500μm。微通道的总长度为10mm,被两个间隔结构分成三段,每段长度分别为2.5mm、3mm、2.5mm,间隔距离为1mm。利用SU-8胶紫外光刻和微电铸技术在铜基底上制作出了该微通道结构,然后采用一种基于铸层高度补偿的方法,实现了微通道与盖板之间高强度的无缝焊接,完成了金属微通道热沉的制作。为了测试金属微通道热沉的换热性能,搭建了对流换热实验系统,并对实验装置进行了检验。通过测量加热块的温度分布,证明了加热块内部的热传导沿竖直方向遵循一维导热的规律,确保了加热表面热流密度的可控性。通过对微通道热沉及连接管路的气密性检验,证明了微通道与盖板的高强度焊接,同时避免了实验过程中工质泄露的发生。实验过程中测试了不同工况条件下,金属微通道热沉的换热系数和底部温度。实验结果表明,当工质流量为1~1.8L/min、加热表面热流密度为10~80W/cm~2时,微通道热沉底部的温度最大为38.5℃,微通道热沉换热系数的平均值可达到67.0 kW/(m~2·K)。