高新科学技术不断发展,工业取得长足进步,尤其是航天航空、计算机技术的深入发展,对设备的安全稳定运行提出了更高的要求。在这些设备中不乏存在一些发热量较高的元器件。如何对大功率的集成电路、涡轮叶片等发热高的元器件降温成为了研究的热点,另一方面微机系统MEMS的提出,加速了关于微型换热器的研究,本文基于这样的课题背景,对大功率的微通道换热器(微通道热沉)进行了研究。首先介绍了微通道热沉的基本研究现状,包括改变截面形状,改变工质流体以及关于粗糙度的研究三个方面。同时对微通道热沉的流动特性和能量传递进行了简单介绍,并对尺度效应做了大致的归纳与解释。介绍了分形几何学的研究现状,对分形维数的概念进行了数学解释;开发出了二维分形函数的matlab程序。以影响分型函数曲线的两个重要参数为变量对分形函数曲线进行了对比,发现了特征系数和分形维数对曲线形态的影响,为后续模型建立打下了基础。对流体动力学中的控制方程以及能量控制方程进行了推导,确定了基本的边界条件。介绍了一些衡量传热和流动特性的参数与其计算公式。以两种建模的思想,控制微型单层直通道热沉的高宽比进行了建模,对计算后得到的结果进行了定性分析,确定了两个设计变量及其范围。介绍了响应面方法的基本思想,带入上述两个设计变量,并以进出口压降和温差进行了实验设计,通过软件Design Expert建立了响应面数学模型,得到了关于设计变量与响应值的两个二次多项式。对数学模型的精度进行了分析,发现精度较高,对二次多项式的系数进行了分析,发现多项式系数具有很高的显著性,可以很好的表述设计变量与响应值之间的关系。对微通道粗糙元进行了研究。通过控制规则粗糙元的高度、间距,分形函数粗糙元的特征系数和等分间距,对粗糙元对微通道的流动换热特性进行了研究,同时以四种雷诺数对模型进行了计算,发现了关于粗糙元高度、粗糙元间距、粗糙元空间位置、雷诺数以及粗糙元形状对流动及换热特性的影响机理。对扰流柱的排列方式,横向间距和纵向间距,以及异形扰流柱进行了对比研究,发现叉排排列比平行排列有更好的换热性能。横向间距相比于纵向间距,对流动特性的影响更大。在关于异形扰流柱的研究中,发现水滴型扰流柱对换热性能有较大促进作用,机翼形扰流柱在增加一定的换热能力的同时,压力损失最小。