当前,各种电子产品均朝着体积小、重量轻及高功率的方向发展,电子产品的性能受温度和温度分布的影响很大,传统冷却器的设计极限与制作技术已无法满足要求。在目前高热通量电子产品冷却器中,微通道热沉已被证实是传热性能最佳且最具应用潜力的冷却方式之一,随着MEMS技术的发展,各种新型结构型式的微通道热沉得到开发和研究。本文设计制作了梯形、矩形、错排肋片和歧管式四组微通道热沉,其中,错排肋片微通道热沉为一种新型结构热沉;采用实验的方法,以去离子水和表面活性剂水溶液作为实验工质,对热沉进行了流动特性与传热特性的实验研究。在对矩形微通道热沉和错排肋片微通道热沉的流动与传热实验研究之前,考察了黏性耗散的影响,结果发现,由于微通道相对较短,流速慢,粘性耗散对热沉的流动与传热没有起到太大影响。经实验研究,不论是歧管式微通道热沉还是梯形微通道热沉,在小雷诺数下添加微量表面活性剂,减阻效果都不明显,反而都降低了热沉单相换热性能,这与表面活性剂的吸附作用有关。对四组热沉的性能进行对比发现,由于错排肋片的独特结构型式,使其在相同Re数下,摩擦阻力系数和泵功消耗最大,但对流换热系数最大,热阻最小,表面平均温度最低,而歧管式微通道热沉表面温差最小,但由于其底板厚度最大,所以其热阻最大,而梯形微通道热沉表面平均温度最大,换热性能最差。在对梯形和矩形微通道的流动特性研究中发现,不论是等温流体还是非等温流体其摩擦阻力系数的实验结果都不能很好的跟经典理论公式吻合,梯形微通道热沉在Re数达到1400时,也没有出现层流向紊流的突变,而且等温流体与非等温流体的摩擦阻力系数会有较大差别;矩形微通道热沉的非等温流体的摩擦阻力系数小于梯形微通道热沉非等温流体摩擦阻力系数,但变化趋势基本相同。经分析认为,摩擦阻力系数及层流向紊流的转变与微通道的粗糙度有关。在对梯形和矩形微通道的传热特性研究中发现,两组微通道热沉Nu数均会受热流密度的影响,文中给出了梯形微通道Nu数的拟合公式,并将实验结果和拟合计算值与两种经验公式进行了对比;而矩形微通道热沉Nu数实验结果与Stephan经验公式计算值吻合的较好,并且矩形微通道热沉的换热性能优于梯形微通道热沉。但不论哪种热沉,都不能单纯依靠提高Re数或者泵功来提高换热性能,而应该从新结构、新材料或工质等方面综合考虑。