当前解决高热流密度电子器件的散热问题迫在眉睫。将射流冲击与微通道结构结合既利用了射流直接冲击换热表面、增强局部换热的优点,还能改善微通道沿流动方向温升和压降较大的不足。本文通过数值模拟的方法对五种模型(单个微通道、均匀和非均匀射流微通道、带肋柱射流微通道、进出口交错布置的射流微通道)开展研究。通过对比分析发现,上述模型共同具有的特征是沿着流动方向射流孔流量增大,通道内的水平横流会影响射流垂直冲击的换热效果。在微通道底面添加肋柱破坏流体流动的边界层,或者将射流孔入口工质及时地从流道中排散出去,这两种方法都能够有效改善流量分配的均匀性,并且极大地降低水平横流的负面作用。另外,还分析了各模型在不同入口流量和热流密度下的换热及流动特性,结果发现在单相流动换热下,射流微通道的换热系数和压降受热流密度的影响较小,随着入口总流量的增加而增大。本文搭建了对带肋柱射流微通道热沉进行性能测试的实验系统。采用的热沉整体尺寸高13.5 mm,长54 mm,宽54 mm,底面换热面为40×40 mm~2,包括入口腔、射流板和微通道板三部分,微通道板的换热结构为直肋柱阵列式排列。测试工况为流量范围0.29~1.57 L/min,底面热流密度20~60 W/cm~2,工质入口温度5℃,冷却工质为去离子水,热沉材料为紫铜。实验结果表明,工质流量与加热功率都会影响热沉的换热系数,热沉进出口压降受热流密度的影响较小。通过引入无量纲参数分别得到单相对流换热下的换热系数和进出口压降的关联式,预测值与实验结果的误差在±20%内,拟合度较好。对热沉底板的均温性进行分析发现,热沉加热面测点温度与平均值的最大偏差小于6℃,可以认为射流板的流量分配均匀性和热沉底板的均温性都较好,适用于对温度均匀性要求较高的散热场合。本文的研究结果表明将射流与微通道结合的冷却方式在提高换热系数、均匀加热表面温度等方面具有较大的发展潜力,对于高热流密度电子器件散热具有一定的借鉴意义。