微电子制造技术的蓬勃发展极大推动着各类产品向微型化方向迈进。为了顺应这一发展趋势，微细通道中的流动和换热被应用于电子集成电路、航空航天、核工程等技术领域，对其换热特性的研究也正成为国际传热界的热点。本文以军用高功率电子芯片散热问题为研究背景，对具有粗糙元表面的微细通道内单相流和流动沸腾换热特性展开仿真分析和实验研究，并利用场协同理论对分析结果加以验证，而后对军用高功率电子器件进行微细通道散热方案设计。　　本文首先建立了光滑、三角形粗糙元、矩形粗糙元表面微细通道内单相流换热仿真模型，对比分析粗糙元形状、间距和通道高度对流动和换热特性的影响。研究结果表明：粗糙微细通道沿程总压降大于光滑通道沿程总压降，且三角形粗糙元的压降程度高于矩形粗糙元。粗糙微细通道内努赛尔数也大于光滑通道，且三角形粗糙元对努赛尔数的影响较矩形粗糙元更大，但元间距的增加会削弱换热效果。同时，比较了不同高度的微细通道在全流场范围内速度矢量和温度梯度点积值与雷诺数的变化趋势并量化两者角度的余弦值变化规律，研究结果表明：通道高度的减小能够优化热换，而单相流动中，逆流布置较顺流布置的粗糙微细通道换热效果更优。　　其次，建立了微细通道内流动沸腾换热的可视化实验系统，实验结果表明：随着质量流率的增加，三角形粗糙元的微细通道中始沸所需的热流密度增大，始沸的壁面过热度增大。在高热流密度和低入口水温条件下，微细通道内沸腾汽泡的生长和湮灭周期变短，换热效率增强。在单相流区域，逆流布置的粗糙元比顺流布置更能增强微细通换热效果，而进入两相区域，顺流布置的换热效果更理想。　　最后，本文基于入口效应和粗糙元表面强化换热机理，提出了军用高功率电子器件微细通道强化换热装置的工程设计方案。