自然界中的植物经过数亿年的进化和选择，其系统积累了与其特定功能相一致的宏观与微观结构及其结构的改变策略，达到人为设计无法比拟的最佳状态。在蒸腾作用下，植物叶片一直处于不断产生水压实现水分输送、蒸发水分、传递热量的过程中，其结构体现出了优异的传质传热特性。微通道热器件的传热与叶片具有一致性。对叶片组织内不同微通道及表面形貌的传热特性进行研究，有助于进一步为满足高热源散热结构的设计提供新启示。本文通过对植物进化学已有研究成果的归纳和总结，确定了叶片内自适应热结构，尺度从大到小依次为：叶片剖面形状，叶肉组织形状，维管束的分布与取向。并分析了其进化历程。通过对5种不同种类植物叶片进行形貌检测，叶片保湿检测，光学显微试验，确定了不同种类植物叶片对热环境的反应：海绵状叶肉组织向栅栏状过渡；扁平状叶片向圆柱状过渡；维管束向呈环形分布方向过渡。保湿实验数据表明：生长在不同环境中的植物叶片保湿能力并不一致，体现了结构、保湿能力与其生长环境之间的紧密相关性。保湿能力较强的叶片特征为圆柱状，海绵状叶肉组织,环形分布的维管束。通过电镜扫描实验获得了叶片维管束的微通道及其表面形貌，通过结构对比分析，将其等效为多孔结构微通道，并分析了在蒸腾作用下微通道内的传热过程。采用数值仿真实验对植物叶片微通道形貌的传热特性进行了研究，通过对比发现，随微凸起间隙的增加，其压差先增后减，温度先减后增，回流先减少后增加，当间隙/微圆柱半径之比为1时，其压降、流动均较好。对不同内壁形貌的微通道传热特性研究表明，水洼状（圆环状）与条纹走向的微通道，其压降波动较少，内壁温度较为均匀。水洼状形貌能够减少由压差波动导致的传热不稳定性。微通道内液体薄膜厚度除受粗糙度影响外，还与其所处位置相关，但存在一个稳定液体薄膜厚度，其值为最大不稳定薄膜厚度的1/3。通过尺度、结构相关性分析，将植物叶片微通道形貌对传热特性影响机制融入到沸腾流动传热模型中，依据实验数据与经验公式，推导了基于植物叶片微通道传热机理的沸腾流动传热五区域模型，并与实验数据及其它传热模型进行了对比，其结果表明本文提出的新型模型与实验数据更为接近。