微通道散热器因其突出的散热性能、更小的体积而在电子设备散热问题上具有很好的发展前景。而分形微通道散热器与传统长直微通道散热器相比具有更低的整体热阻,且其散热面的温度分布更加均匀。本文在Murray定律(P.NATL.ACAD.SCI.,1926,12:207-214)和 Bejan 等人(INT.J THERM.SCI.,2000,39(9-11):949-960)对分形微通道结构的研究基础上,在恒定入口横截面积、恒定入口水力直径、变水力直径条件下构建出不同的分形微通道的物理模型,采用数值模拟的方法研究了其散热和水力特性,并研究了纳米流体在分形微通道中的流动情况,主要工作如下:在恒定入口横截面积的条件下,根据不同的入口截面高宽比(0.333、0.5、1、2、3)和分叉等级(两个分叉、三个分叉)构造出10个不同的分形微通道散热器结构。结果表明,分叉等级越高、雷诺数越大,分形微通道散热器的散热效果越好,同时压降也越大。高宽比对压降和散热特性的影响都无特定规律。在分叉等级和雷诺数相同的情况下,高宽比为0.333的散热器具有最大的压降、最高的热阻和基底平均温度。在恒定入口水力直径的条件下,根据不同的入口截面高宽比(0.333、0.5、1、2、3)和分叉等级(两个分叉、三个分叉)构造出10个不同的分形微通道散热器结构。数值模拟的结果表明,增大分叉等级和雷诺数会造成分形微通道散热器的压降也随之增大,增大高宽比会使压降减小(除三个分叉时高宽比为3的散热器之外)。高宽比对散热特性的影响无特定规律。三个分叉等级、高宽比为3的散热器的基底平均温度最低、热阻最低,具有第二高的努塞尔数和第五小的压降。根据分叉等级(两个分叉、三个分叉)、是否变水力直径和水力直径比值的不同建造8种不同的分形微通道散热器物理模型。结果表明变水力直径条件,高水力直径比值和分叉等级都可以提高微通道散热器的平均传热系数,但这是以牺牲压降为代价。水力直径比值在很大程度上影响散热器的水力和散热特性。性能系数(COP)的评价表明,具有较好换热性能的散热器并不拥有更大的COP,这是由于压降的增量远大于换热性能的增量。将高宽比为1的分形微通道散热器中的冷却介质替换为Al2O3-水和SiO2-水纳米流体,研究了定热物性条件下不同体积分数(1%、2%、3%、4%)的纳米流体对分形微通道散热器性能的影响。结果表明,纳米流体具有比纯基液更好的换热性能和更高的压降,且随着纳米流体中纳米颗粒体积分数的增加,换热性能和压降也在增加的,4%的Al2O3纳米流体与纯基液相比,热阻最少下降3.52%,压降最少增加28.58%。Al2O3纳米颗粒对换热性能和压降的影响要高于相同体积分数下SiO2纳米颗粒的影响。COP/COP0的结果表明,冷却剂为纳米流体的COP要低于冷却剂为纯水的,且随着体积分数的增加,COP/COP0的值越小,4%的纳米流体的COP为纯基液的76.5%左右。