全球能源短缺以及电子元件大功率、高集成度、高热流密度的发展趋势使得微机电系统的冷却技术面临严峻的挑战,严重影响了电子设备的正常运行。在微通道内敷设微针肋阵列构成强化传热结构,能有效增加传热面积,使流体横掠微针肋时实现高效传热,但与此同时,流动阻力也会增加。论文从影响热沉散热性能的因素出发,研究了不同形状针肋微通道的流动传热性能。本文首先以去离子水为工作介质,试验研究了不同形状针肋微通道的单相流动和换热特性。研究表明:加热功率对摩擦阻力系数的影响较小,不同功率下圆形针肋微通道摩擦阻力系数均随雷诺数增加而减小。微通道内压降随雷诺数增大而增大,三角形针肋压降最大,椭圆形最小。底板表面平均温度随雷诺数增加而减小,三角形针肋底板温度最低,水滴形和椭圆形最高。对流传热系数和努塞尔数均随雷诺数增加而增大,三角形针肋传热系数最大。针肋形状影响微通道的流动换热性特性,小雷诺数时影响较小,大雷诺数时影响显著。其次进行了工质横掠微针肋的单相流动与传热的数值模拟。研究发现:靠近针肋和通道壁面处流体速度最小,处于通道壁面和针肋之间的区域速度最大。微针肋前缘压力较高,尾部存在局部低压区,雷诺数增加,低压区域逐渐扩大。随着Re增大,针肋尾部产生了不规则的漩涡及扰动,三角形针肋的扰流最为剧烈,压降和摩擦阻力系数最大;水滴形和椭圆形针肋尾部工质扰动较少,压力较小。然后研究了针肋微通道中尾部涡流的形成,分析了涡流对对流和传热的影响。低雷诺数下,各形状针肋尾部均不发生回流,高雷诺数下,针肋尾部开始出现旋涡。回流首先发生在三角形和圆形针肋尾部,其次是菱形针肋,在研究的雷诺数范围内,椭圆形和水滴形针肋的流动一直保持稳定,未观察到漩涡。针肋尾部涡流对流体的流动传热性能有一定影响,相比于椭圆形、水滴形和菱形,圆形和三角形微肋阵内的流动扰动更加剧烈,尾涡面积更大,压降和尾部的高温区面积也更大。最后利用强化传热因子η分析了微针肋的流动传热性能,拟合得到f、Nu以及η与雷诺数的关联式。强化传热因子η随雷诺数的增大而增大,三角形针肋的强化传热因子最大,强化传热效果最佳。由于微针肋加工方法、加工材料、试验条件等不同以及微尺度下流动的复杂性,现有微针肋关联式的预测值与试验结果存在一定差别。