随着电子芯片集成化程度日益提高，其热可靠性指标也越来越苛刻，这就对芯片散热装置的换热能力、泵功消耗以及温度均匀性提出了更高的要求，迫切需要研发结构优化的新型换热设备以实现高效冷却、散热。分形树状通道换热器这一新型的高效散热装置具有温度均匀性好、压降小、热有效性高的明显优势，成为传热及电子冷却领域的一个研究热点，并在航空航天热控系统、电子芯片散热等领域有着广阔的应用前景。 本文建立了分形树状通道换热器内层流流动和传热的三维稳态模型，考虑固-液界面耦合传热问题，对入口水力直径为4mm的树状通道内流动换热进行了数值模拟，重点研究了分叉效应对传热的强化机理、各级通道内的压降及换热器受热面的温度分布及热有效性。研究结果表明：分叉处形成的二次流能有效地强化换热；与传统的蛇形通道相比，分形树状通道换热器具有温度均匀性好、压降小、热有效性高的明显优势。在相同入口雷诺数时，分形树状通道换热器的受热面最大温差约为蛇形通道换热器的30％，层流流动压降较之蛇形流道可减小50％以上，热有效性可达蛇形通道换热器的3倍。 为了考察分叉效应的影响，本文将不考虑分叉效应的简化计算结果与三维数值模拟结果进行了对比。与简化计算结果相比，数值模拟中考虑分叉效应的压降明显较大，这表明，在研究分形树状通道内的流动压降时，必须考虑分叉效应的影响。 最后，本文研制了一套铝制分形树状通道换热器，搭建了分形树状通道换热器流动换热特性测试实验台，开展了该型换热器层流流动和换热的性能测试实验，并将实验结果与数值模拟结果进行了对比验证。实验结果表明：不同加热功率下的压降基本一致，因此数值模拟中可忽略温度对水的物性参数影响；温度和压降的模拟值与实验测量值均能较好地吻合，证明了本文所建分形树状通道换热器的三维稳态模型准确可信。