冷却是传热应用中最重要和最具挑战性的方面之一。近年来,越来越多的国内外学者关注微柱群结构和纳米流体。本文通过实验研究了微柱群内碳化硅-水纳米流体的流动换热特性;通过数值模拟的方法揭示了实验中的微尺度效应,研究了分层布液及不同盖板对微柱群内流动换热特性的影响,并综合评价微柱群内的换热性能。通过“两步法”制备了体积分数为0.02%,0.05%,0.08%,0.11%和0.14%的碳化硅-水纳米流体。运用3ω法和流变仪分别测量了其导热系数和粘度,3ω法测量的不确定度为0.54%。将去离子水作为工质进行验证性实验,发现实验结果与文献中结果存在较好的一致性。实验研究了微柱群内不同体积分数以及不同加热功率下碳化硅-水纳米流体的流动换热特性。结果表明:受端壁面效应和流动边界层的影响,摩擦阻力系数随着雷诺数的增加而减小,由于纳米颗粒和壁面的相互作用,摩擦阻力系数和通道进出口压降随着体积分数的增加而增加。随着体积分数的增加,碳化硅-水纳米流体的粘度增加,努塞尔数逐渐减小。并且努塞尔数随雷诺数变化的趋势与文献中的变化趋势一致。随着体积分数的增加,强化换热因子减小。随着加热功率的增大,摩擦阻力系数增加,努塞尔数逐渐减小,强化换热因子逐渐减小。通过数值模拟的方法对实验结果进行理论分析,揭示了微柱群内存在端壁面效应及入口段效应等微尺度效应;研究了分层布液以及不同盖板对流动换热特性的影响,研究发现:受流动界面扰动的影响,分层位置在微柱顶面附近下的摩擦阻力系数小于统一入口流速下的摩擦阻力系数,并且随着上下层流速差的增大,摩擦阻力系数的减小率从0.09%转变为47%,其努塞尔数大于统一入口流速下的努塞尔数,并且随着上下层流速差的增大,努塞尔数的增加率从1.24%转变为7.16%。不同分层位置时,随着雷诺数的增加,场协同数增大。而随着分层位置的降低,场协同数增大,换热逐渐增强。弧形盖板下场协同数大于方形盖板下的值,弧形盖板微柱群比方形盖板微柱群有更好的换热性能。