随着科学技术水平及加工技术的快速发展,智能化、微型化、节能化、轻量化设备已经开始在航空航天、船舶海洋、汽车和电子等主要行业广泛应用。其中微机电系统（MEMS）设备成为了重要的部分。其发展需要进行关键的设计,其中最重要的是有效地去除微机电系统内部电子元件产生的热量以保持微机电设备的使用寿命以及可靠性。由于微通道热沉以散热性能好,安装空间需求小、质量轻、制作成本低等优点成为了重要的微型散热设备及传热学与流体力学研究的重要课题。因为研究方向与研究方法较多,研究问题复杂,因此关于微通道热沉结构还未有其统一的规律,需要进一步的研究。本文首先提出三种不同的微通道热沉的计算区域并利用SCDM进行微通道物理模型的建立。然后利用结构离散的思想将不同微通道热沉计算区域的物理结构进行离散,同时对离散后不同计算区域进行热阻网络模型推导与构建并介绍数值计算理论以及计算软件,利用Fluent对不同计算区域进行数值计算,并将数值计算的结果与热阻网络模型计算结果进行比对,得到最准确的流动特性表达式及热阻网络模型,为后续的研究奠定基础。其次建立了微通道截面形状尺寸的约束条件及边界条件,以热阻与压降为优化目标,分别以线性加权和法与理想点法衍生出的平方加权和法的评价方法为理论支撑,提出不同的评价方法并对其进行无量纲化处理,以MATLAB为优化工具,利用有约束的非线性规划问题中Fmincon函数的两种算法进行优化结果对比,得到优化结果并对微通道的结构参数与流动传热特性关系进行了分析。同时在优化结果基础上提出两种不同类型的正弦通道并对其进行参数化建模,以正弦通道的波幅与波长为结构参数研究其对流动传热特性影响,同时分析了努塞尔数及压降随雷诺数变化,利用强化传热因子性能评价指标及引入基于代理模型多目标遗传算法优化方法进行较优通道选取,得到较好的正弦通道。并在其基础上进一步提出正弦二次流流道的微通道结构并分析了其流动传热特性,得到其性能的增益。最后针对不同颗粒型纳米流体,在前人的研究基础上对纳米流体的热物性进行了计算求解并得到较好的实验关联式。然后分别利用均匀单相流方法以及两相流分析的欧拉颗粒流模型对其在二次流流道的微通道中的流动传热特性进行数值计算。针对两相流结果得到均匀单相流物性参数修正因子。利用数值计算方法对纳米流体在不同颗粒类型、不同体积分数以及不同粒径下进行微通道流动传热性能增益分析。同时计算液态金属在微通道中的流动传热特性,并与纳米流体流动传热特性进行分析对比得到在微通道中最佳的冷却质。