随着科学技术的飞速发展,电子设备的尺寸逐渐减小且集成度日益增大,这导致了单位尺寸下的热流密度急剧提升,因而微电子系统的散热问题越来越突出,设计研制传热效率更高、结构更加合理的微通道换热器以提高微尺度下的传热性能具有重要意义。本文选取微通道换热器中的最小流动单元,以单个微通道为研究对象,基于连续介质假设,采用变物性参数设置,通过数值模拟方法对不同截面形状的平直矩形微通道和不同凹槽结构的矩形微通道内流动传热问题进行研究,为微通道换热器的结构设计提供参考。针对去离子水在不同截面形状的硅基矩形微通道内的流动传热问题,建立了三维模型并进行了数值模拟。研究发现,增大通道入口流速,传热性能和综合性能提升,传热面温度降低,但微通道流动阻力显著增大。在截面高宽比相同的情况下,随着通道截面水力直径的增加,流动阻力减小,传热性能下降,微通道的综合性能提升。在不同限制条件下增大通道截面高宽比,微通道内流动阻力变化趋势不同,但均提升微通道传热性能,改善通道内温度分布的均匀性,有效提升对传热面的冷却效果。当截面宽度保持一定时,在截面高宽比大于2后继续增大高宽比,温度分布均匀性和对传热面冷却效果的提升幅度明显减小,微通道的综合性能出现降低趋势。考虑到微型设备周边的可用空间有限,在微通道结构设计中截面高宽比应设计在2到4之间。为了强化微通道换热,利用数值模拟方法研究了凹槽结构矩形微通道内流动传热特性,分析了微通道的综合性能,讨论了槽深度、槽宽度、槽间距、槽数量和凹槽布置方式等因素带来的影响。研究发现,在矩形微通道侧壁添加凹槽会导致微通道流动阻力增大,综合性能降低,在入口流速较低的情况下,即入口流速小于2m/s时,其传热性能也会劣于平直微通道,此时应选择各项性能更优的平直微通道散热器。而在入口流速较高时,即入口流速大于4m/s时,较浅槽深度、适中槽宽度、较小槽间距的对称布置凹槽结构有助于提高微通道的传热能力、强化对传热面的冷却效果,在本文研究范围内,槽深0.02mm、槽宽0.3mm、槽间距0.3mm的凹槽结构矩形微通道散热性能最佳,相较于平直微通道,传热因子j提升了 12.2%,传热面温度降低了 4.8K。凹槽数量的增加会使得微通道流动阻力增大,传热性能提升,综合性能小幅降低,但当凹槽数量达到一定程度后继续增加凹槽数量,微通道传热性能和综合性能出现大幅下降,故在设计中应避免在微通道侧壁布置大量矩形凹槽。凹槽的错位布置能显著降低通道内流动阻力,传热性能降幅较小,凹槽对称布置时传热性能优于错位布置,虽综合性能略有下降,但却能有效提高电子元器件的冷却效果。上述研究成果对于微通道换热器的结构设计具有一定指导作用。