具有高功率密度的微电子元件散热是科技发展的前沿主题,高热通量微处理器的冷却已成为高性能集成电路未来发展中的关键限制。微通道可用于提供有效的散热,微通道散热器在冷却包括超级计算机在内的高性能设备具有巨大的潜力。本文基于Finite volume method（FVM）方法,数值模拟研究了小雷诺数下微通道内部结构对压力损失及换热性能的影响,并对结构进行优化,综合压降及换热效率进行分析评估。研究结果可以为高热量微电子元件散热提供一定的参考。首先参考已有的研究,提出了三种不同微通道内部结构,并与相同条件下的普通矩形微通道进行对比。结果表明:所研究的微通道内部结构会增大压力损失,但热性能会得到增强。在相同的入口雷诺数下,普通矩形微通道（Case A）由于内壁面光滑,压力损失最小,具有菱形结构（Case D）的微通道热沉流体周期性收缩扩张对压降有一定影响,但流体流速上升;具有三角形结构（Case B）和梯形结构（Case C）的微通道热沉压力损失较大,换热性能提升也较大,Case C在Re=648时与Case A相比压降增大了约13%-22%,底部表面温度降低4-9℃和5-10℃,热阻降低约8.8%-14.4%,而Nu数增大约8.4%-12.6%;当泵送功率较低时,整体热阻较高,达到相同热阻所需泵送功率接近,然而当泵送功率较高时,整体热阻较低,达到相同热阻所需泵送功率相差极大。通过强化传热因子（PEC）分析了最佳结构,在低雷诺数区域（Re<648）,Case B的PEC最大,换热性能最强,在较高雷诺数区域（Re>648）,Case C的PEC最大,整体热性能增幅最大,Case D在整个研究范围内（216<Re<1080）对换热性能增幅均最小。在选用微通道内部结构时需要根据实际应用的入口雷诺数进行分析后作出选择。其次上述的三种微通道内部结构进行优化设计,分析不同径向距离对换热性能的影响。研究结果表明:当Sx=0 mm时,微通道压降最低,内部结构对微通道压力分布影响微弱,底部温度分布于矩形微通道相似;增大径向距离,内部结构侵入微通道主流道并切割流体,压力损失增大,三种结构在Sx=0.3 mm时的压降相比于Sx=0 mm时均增大34%以上;微通道热沉底部温度随径向距离增大而降低,梯形结构微通道温度降低幅度最大,中部平均温度可降低同条件下热沉温升的12.85%-30.33%,菱形结构微通道其次,底部平均温度变化速率较均匀,但初始提升不明显,中部区域平均温度降低约为4.89%-29.71%,三角形结构微通道表现最差,温度降低约11.46%-27.78%。综合压力损失和热性能进行分析,用传热强化因子（PEC）评估换热性能的增强程度,在一定径向距离范围内,径向距离增大对整体换热性能有较大的增强;在一定的雷诺数范围内,梯形结构微通道具有最大的PEC。三角形结构微通道在Sx=0.2 mm时获得最大的换热增强,当Sx>0.2 mm时,增大径向距离可以增大换热量,但不能增强整体换热性能;梯形结构微通道在Sx=0.25 mm时得到最大的强化传热因子;菱形结构微通道更为特殊,在Sx≤0.15 mm时,径向距离的增大不能带来整体换热性能的增强甚至有所削弱,当Sx>0.15 mm时,换热性能可以得到明显的增强,且随着径向距离增大,增幅越明显,在Sx=0.3 mm时达到最大值。对比三种结构最大增幅时的PEC曲线,在低雷诺数区域（216<Re<486）,梯形结构微通道PEC最大,在较高雷诺数区域（486<Re<1080）菱形结构微通道拥有最大的换热性能增幅。总而言之,本文通过数值模拟研究了微通道内部结构对水力特性和热特性的影响,提出了三种不同的微通道内部结构,分别对三种结构进行优化,并采用强化传热因子（PEC）对三种结构进行比较,得出了不同情况下更合适的设计。