关键电子元器件的面热流密度不断提高,传统冷板已难以满足散热需求,微通道热沉散热收到普遍关注,而评价热沉的散热能力,需要一套与其参数范围匹配的实验系统,不仅要求达到大功率负载下的散热能力,更需要考量此时热负载表面的均温效果,对热沉实验系统的设计提出新的要求。本文针对一种均温微通道热沉结构,设计一套液冷循环散热系统,并对系统中重点模块(热端模块结构、冷端模块结构、系统管路等)进行结构设计和实验参数制定。在系统热端模块设计中,对一种三层雪花构型均温热沉结构进行了性能的数值模拟,研究了其压降和均温散热性能。设计了热沉支撑体结构,研究了其入口流速、针肋直径等参数对均温热沉结构并联入口边界流速均匀性的影响。设计了高功率热负载结构,对内部发热源功率、热面热流密度均匀性以及不同热源安装位置进行了热特性研究,并利用均温性能评价方法对其热面均温性进行评估。在系统冷端模块设计中,采用风冷和热电制冷串联方式,组成系统的冷端制冷模块,该模块将热端流出的循环水制冷到初始常温,达到循环利用的目的,其中风冷散热器实现主要的散热作用,热电制冷结构实现小范围温控作用,达到所需温控精度要求。在系统管路设计中,主要进行了循环冷却液选型、系统压降计算、系统液路设计、水箱设计、管路和辅助件选型等五项工作,最终完成系统的三维模型搭建,对关键结构在实验台上的固定安装方式进行简要阐述。