微热管（Micro Heat Pipe,MHP）是一种常用的被动热管理方法,广泛应用于半导体器件中。本文采用微机电系统（MEMS）方法设计和制作了各种硅基微热管,对其传热性能进行了研究。微热管的基本传热依赖于两种机制:工质的相变传热和通过固体壁的热传导。因此,工质和毛细管结构是微热管工作性能的两个重要影响因素。微热管中的微槽起到了毛细结构的作用,主要是产生毛细泵送压力,使冷凝液返回蒸发段。因此,微槽的形状（截面）和尺寸对微热管的传热效率有影响。为了研究微槽形状对微热管传热性能的影响,制备了三种不同截面微热管,分别为（a）具有矩形主管的梯形沟道、（b）矩形和（c）具有矩形主管的矩形沟道。已有的研究通常采用两到三片硅片制作具有主管的结构。然而,本课题研究基于MEMS制造工艺,在一个硅片上制造出三种具有相同水力直径的微热管。通过增加微槽的空隙率和微槽尖角数,提高毛细血管压力,工质选用去离子水。为了研究工质填充率对性能的影响,每种微热管的填充率分别为20%、40%和60%。结果表明,40%的填充率时,矩形主管的梯形截面沟道具有最佳的导热系数。微热管的设计是各种结构参数和工作参数的复杂函数,非线性问题导致求解复杂。此外,每一个输入变量都有不同的水平,这导致难以找到最佳条件。因此,采用响应面模型（RSM）族的Box-Behnken设计（BBD）模型来估算微热管S有效导热系数的最佳值。横截面类型、填充率和输入功率为三个独立变量（输入变量）,对目标变量（输出变量）的有效导热系数有显著影响。根据选择的输入变量及其水平,定义了 BBD模型的最小实验集。基于从确定的实验装置上测得的热导率,建立了优化数学模型,用于评价输入变量及其相互作用的影响。该模型预测的有效导热系数接近实验结果。通过BBD模型确定了矩形主管的梯形截面沟道、工质灌注率为40%为最佳条件,与实验结果相吻合。槽形和翅片尺寸对微热管性能也有重要影响。此外,微热管的优化设计总是涉及到压降与传热系数之间的竞争。因此,我们将六种不同的硅基矩形截面微热管分成两组:一组是不同翅片宽度的微槽,另一组是不同沟道宽度的微槽。通过测量蒸发、绝热和冷凝段的温度,结合去离子水的物理性质,理论分析了蒸发、液相压力波动和蒸发传热系数,同时分析了不同输入功率下的蒸发段和冷凝段的热传导系数。此外,还对所有微热管进行了热网建模,计算了有效热导率。结果表明,在第一组中,翅片宽度较小的微热管和第二组中,槽宽较大的微热管具有较好的性能。第一组与第二组比较,随着凹槽数的增加,微热管的整体性能增强,但第二组则相反。在我们的研究中,微槽的最佳数量约为60-70时可提高微热管的有效热导率。微通道具有比表面积大、体积和质量小、对流换热系数高的固有特性,但微通道内的流动沸腾存在流动不稳定和临界热流密度（CHF）值低的问题。由于工质在过热表面沸腾时产生的气泡被限制在周围壁之间,会引起通道尺寸减小的问题。为了解决这一难题,提出在微沟道内制作微柱以增加比表面积和成核位置。采用硅和铜两种材料,沿着微热管的微沟道轴向,制备了圆形、方形和菱形的直线阵列微柱和锯齿阵列微柱。采用毛细上升实验评价微槽的润湿性。结果表明,具有微柱结构的微热管传热性能优于无微柱结构的微热管。此外,具有铜微柱、圆形状和锯齿形图案的微热管具有较好的润湿性和热性能。