高性能微通道散热器的研究对于大热流密度电子器件的散热有着重要价值和应用前景，但微通道散热器中工质的流动、换热特性及其本身的散热性能还不被完全掌握，需要进行深入研究，为工程设计与应用奠定基础。 本文首先对液体工质在微通道散热器内的主要传热面结构-微通道内的流动和传热特性进行了实验研究。以去离子水为实验工质，对当量直径为200μm～1000μm的横截面分别为矩形、三角形、半圆形的六种微通道内工质流动特性和传热特性进行了实验观测，Re数范围为100～10000，底部加热热流密度为1．0×105W/㎡～4．0×105W/㎡。实验获得了各个微通道的沿程阻力和局部阻力等流动特性，以及壁面温度、局部对流换热系数和局部Nu数等传热特性。结果表明，微通道内的工质流动在本文实验条件下均现出了微尺度效应，沿程阻力系数均小于常规尺度下的理论值，流动状态转捩点发生了较大提前，由层流向湍流开始转变的临界Rec数约为800～1100；局部阻力系数随Re数的增大而减小；矩形微通道的局部Nu数要大于三角形的。本文还实验对比分析了不同当量直径、不同截面形状等因素的影响。结果表明，当量直径越小，沿程阻力系数越小；矩形截面微通道的沿程阻力系数略大于三角形和半圆形截面的。 在微通道内流体流动与传热特性实验研究的基础上，首先对微通道散热器及样机系统进行了设计，然后设计了一套散热器性能测试系统来对散热器进行实验研究，完成了性能测试系统中的模拟热源的设计、储液罐的设计和泵的选型等，最后对散热器和性能测试系统进行加工、组建和调试。应用性能测试系统对三个不同通道截面尺寸的散热器样机进行了性能试验研究。流体工质为去离子水，底部加热功率分别为50W、100W、200W和300W，流量为0．3L/min～5L/min。实验获得了不同工况条件下散热器进出口流体压差和温差、底部温度分布和热流密度等结果。试验结果显示：微通道截面为0．5mm×1．2mm的散热器的表面平均温度最低，对该散热器进行加热功率为400W、流量为0．3L/min～5L/min的实验观测，发现其平均表面温度低于安全温度70℃，得到此时的最大热流密度约为7．0×105W/㎡。本文还对三个散热器的散热性能进行了综合分析，并同时考虑进出口压差和表面最大温度的制约，得到了各个散热器在最佳性能时的流量。 本文还采用数值计算的方法对三个散热器内工质的流动和传热细节进行了模拟，对实验研究进行补充。通过模拟得到了工质在散热器内部各截面的速度分布和温度分布。模拟结果表明，工质在散热器内两侧通道的流速大于中间通道的；散热器内温度最高点出现在微通道区域的中间偏后的位置。还对实验难以进行的热流密度为1．0×106W/㎡的工况进行了计算，模拟不同流量时三个散热器的散热特性，对比三个散热器的数值模拟结果可以发现，微通道截面为0．5mm×1mm的散热器的对最高表面温度的控制最好。