自第二次工业革命以来,电子行业逐渐向着设备微型化、智能化方向发展。电子芯片的散热功率迅速增加,热流密度可达上百瓦每平方厘米,为确保电子设备的安全稳定工作,热交换装置的设计就显得尤为重要了。本文根据混沌混合的原理研究设计新型的微通道热沉,为了进一步提高微热沉性能,用纳米流体作为冷却介质,结果表明效果优良,主要工作具体如下:首先,综述微通道内纳米流体传热的研究现状,分析了提高微热沉性能的几种潜在机理,发现通道内的对流、热边界层的破坏对传热性能有很大影响。此外,增大散热面积和采用纳米流体作为工质也能一定程度强化传热。考虑换热和摩擦阻力,使用相同泵功率下的努塞尔系数对换热性能进行评估。其次,在介绍的微尺度流动理论的基础上,分析微尺度化引起的问题;讨论计算流体力学基本方程、数值模拟计算模型和本文所采用的非均匀两相流模型;另外,对数值模拟的边界条件、模拟过程以及方法进行说明,为后续研究提供理论基础。然后,设计了带交错梯形脊肋阵列微热沉阵列,数值模拟了微通道内的流动与换热,得到了不同雷诺数下梯形脊肋阵列的温度和速度分布,分析了各种流动参数和脊肋的几何参数对微通道热沉的影响。研究结果表明:通过对强化换热机制的分析,非均匀两相流模型较单相流模型更接近真实情况;梯形脊肋微通道的传热性能要高于三角形脊肋微通道,因为梯形肋排顶部区域会生出较大的对涡,可以将热流体从底部向上驱动,增强换热性能;其他条件固定时,纳米流体浓度越大,参与微运动的粒子越多,越容易引起对流增强,提高换热性能;脊肋参数优化结果为:肋宽1.0