随着电子装备的发展，相应元器件的功率密度也不断攀升，而其副产物热流密度也随之不断提高，这一趋势将使得目前普遍采用的受迫空气对流冷却方式逐渐地无法满足设备发展得需要。如果相应芯片上堆积的热量无法得到有效的释放，那么这将使我们的设备变得非常的不稳地，使得热应力失效，逻辑错误的出现几率大大增加。因此，寻找一种有效的芯片用热输运方式就显得尤为重要。本文从微流动传热的角度出发，借助仿生学的设计方法来进行微通道换热器的设计。文中所涉及的微通道换热器可以分为两类：一是多孔介质渗流，一是微细管道流。对于多孔介质流，我们分别研究了不同孔隙率条件下定孔径多孔介质微流道的传热传质特性，利用卡曼科泽尼模型渗透率模型与达西定律对渗透率与压降进行了预估，并根据仿真实验的结果对该模型进行了修正；另外，根据不同孔隙率条件下的多孔介质微流道传热传质的仿真结果，我们选取了一组传热传质性能较好的定孔径微流道进行了相同孔隙率条件下的变孔径传热传质优化分析。仿真分析结果证实：在孔隙率相同的条件下，合理的变孔径结构能够有效促使冷却液工质的流动再分配，可以有效地改善换热器的传热传质特性。而对于微细管道流，我们首先做了多层与单层分形微流道的传热传质对比仿真实验，发现多层流道虽然能够有效提高流道的传热效率，但由于其内流场流速降低会削弱每级分支后的水力边界的再生成；我们将单层分形微流道与斐波那契螺旋流道作了对比分析，发现螺旋微流道较小的水力直径大大削弱了局部湍流与二次流的生成；最后，我们分析了不同频率脉动流对分形流道的传热传质的影响，发现流道的传热传质特征会随脉动频率发生明显的变化，而且在分形流道的第一级分支后，各频率脉动流，都随流道水力直径的减小而发生急速的衰减。最后，我们对分形与平行微流道采用等离子干法刻蚀进行了试制，并搭建了相应的实验平台，对两种不同的微流道进行了脉动流条件下的传热传质实验研究，发现与平行微流道相比分形微流道不仅温度峰值更低，而且其对脉动流作用的响应更加明显，在不同脉动流的条件下压力损失也更低更稳定。