随着电子设备和半导体芯片向微型化、高集成化方向的不断发展,电子元件越来越大的热流密度导致设备的可靠性和寿命降低。面对越来越严峻的散热问题,设计一种能快速散出热量且经济实用的热沉结构成为微电子领域发展的关键。微通道热沉因其结构紧凑、散热性能优越等优点在微电子散热问题上具有很好的发展前景,与传统的平行微通道热沉相比较,基于仿生原理设计的分形树状微通道热沉具有更均匀的温度分布、更高的传热效率和更低的能耗比等优点,因此人们针对树状微通道的设计和优化也进行了深入的研究。但已知优化定律大多都对圆形截面微通道进行了研究和优化设计,考虑到矩形截面通道的易加工性,本文将以圆形截面为基础,使用理论分析、数值仿真和实验方法相结合的方法对矩形截面分形树状微细通道热沉传热传质性能进行研究。本文的研究内容和结论如下:首先,在通道总体积和总表面积恒定两种不同的尺寸约束下,对具有圆形和矩形截面的对称分形树状微细通道流体流动的理论模型进行推导,建立不同尺寸约束与截面形状下对称分形树状微细通道流体阻力的数学模型。然后,利用数值仿真方法研究结构和尺寸参数（分支数量、分支等级、上下级通道水力直径比和长度比等）对不同尺寸约束下圆形和矩形截面树状微细通道热沉的流体阻力、温度等的影响,并进行两种不同尺寸约束下微细通道热沉性能的对比,进而确立微细通道的最佳尺寸和构型的设计准则。最后,以等体积约束下矩形树状微细流道热沉作为实验研究对象,实验研究其传热传质性能。研究结果表明:（1）对于具有圆形截面的分形树状微细通道热沉而言,等换热面积约束和等通道体积约束下圆形分形树状微细通道实现最小流阻时的结构满足Murray定律,即最佳直径比仅与分支数量有关,其值分别为βm=N-2/5和βm=N-1/3。此外,两种尺寸约束下系统总流阻随第0级通道长度l0、分支等级m和通道长度比γ的增加而增加。从传热方面来看,两种尺寸约束下圆形截面树状微细通道热沉的对流换热系数和最高温度随直径比的增加而增加,而性能系数则随直径比增加先增加后减小,其实现最佳性能系数时所对应的直径比的值与实现最小流阻时的最佳直径比相接近。通过对两种不同尺寸约束下圆形截面树状微细通道热沉传热传质性能对比发现,等通道体积约束下的微细通道热沉有着更小的流阻、更小的对流换热系数和更大的综合性能系数。另外,当两种约束的l0、γ、N和m相同且直径比为对应尺寸约束下的最优直径比时,存在一个临界长度来区分它们的最小流阻,即当（?）时,等体积约束下的微细通道热沉有更低的最小流阻,反之等面积约束下的微细通道热沉有更低的最小流阻。（2）对于具有矩形截面的分形树状微细通道热沉而言,其实现最小流阻时的宽度比和水力直径比均不满足Murray定律,并且两种尺寸约束下的最佳宽度比随第0级通道长度l0、长度比γ、恒定通道高度h和分支等级m增加而增加,随分支数量N的增加而减小。传热方面,两种尺寸约束下矩形截面树状微细通道热沉的对流换热系数随宽度比的增加而增加,随高度的增加而减小。而两者的综合性能系数随着宽度比的增加先增加再减小,其实现最佳性能系数时所对应的宽度比的值与实现最小流阻时的最佳宽度比相接近。对两种不同尺寸约束下圆形截面树状微细通道热沉传热传质性能对比发现,等体积约束下矩形树状微细通道热沉具有更佳的传热传质性能。本文更加深入地研究了对称分形微细通道热沉的传热传质性能,其研究结果一方面完善了微通道系统传热传质的相关理论和优化设计准则,促进了微通道传热传质的理论研究;另一方面优化设计准则的应用可以改善微细通道液冷散热器的优化设计和性能提高,为微电子、生物医学等领域微细流道设备的设计提供理论指导和方案。