微纳电子技术迅猛发展，电子器件在通信、国防、机械工程、航空航天、环境工程和生物医疗等众多领域得到广泛应用。摩尔定律指出，电子器件每隔18个月其集成度就会翻一倍，相应的电子器件性能也会提升一倍。由于热问题可能潜在地危及器件的性能和寿命，不断增加的热量密度、高水平的集成化和小型化对这些纳米电子器件的热管理提出了挑战。由于传热性能高、结构紧凑、易于集成封装等特点，微纳通道冷却技术从各种散热策略中脱颖而出。然而当系统尺寸为纳米级别时，系统特征尺寸和分子平均自由程相当，此时纳维-斯托克斯方程失效，连续介质假设不再成立，系统界面出现尺度效应，因而纳米尺度传热传质机理与宏观尺度存在差异。为了进一步发展微纳通道冷却技术，必须深入探究纳米尺度流动和换热机制。
　　首先，本文研究界面润湿性对纳米通道内流体流动及换热特性的影响。不同于传统宏观尺度通道内的流动与换热，纳米通道界面处出现了温度跃迁和速度滑移现象。由于纳米通道内热和流动的不充分发展，入口区域的温度跃迁长度和速度滑移长度要大于热和流动充分发展区域的温度跃迁长度和速度滑移长度。与宏观不同，纳米通道入口处努塞尔数由界面热阻和边界层效应共同决定，且和界面润湿性的强弱有密切关系。随着界面润湿性的增强，纳米通道换热能力和压降都会提高。研究发现，由强界面润湿性引起的准固体流体原子充当“声子桥”，促进流体与壁面之间的热输运。此外，随着界面润湿性的增加，流体与壁面之间的动量交换也更加丰富。本章研究采用科尔本因子j和摩擦因子f对纳米通道内的流动和换热特性进行综合评价。结果表明，x=1.00-1.75是获得纳米通道最佳对流换热性能的界面润湿性范围。
　　然后，本文研究界面润湿性对纳米换热器内冷热流体间对流换热的影响。增强纳米换热器的界面润湿性可以强化纳米换热器的换热性能，这是由于界面润湿性的增强可以吸引更多的流体原子与壁面接触并参与界面热量的输运。此外，当界面润湿性增强时，在界面处会出现“类固体”流体层，流体与壁面之间产生“声子桥”效应并提高了传热。此外，研究还发现温度跃迁和速度滑移在冷热流体两侧的换热中扮演着重要的角色。当纳米换热器的界面润湿性较弱时，热流体侧的对流换热优于冷流体侧，因为其界面热阻更小。当纳米换热器的表面润湿性较强时，较大的速度滑移导致冷流体侧比热流体侧传热更好。
　　最后，本文利用分子动力学方法研究了纳米颗粒悬浮沉积对纳米通道对流换热的影响机制。纳米颗粒在基础流体内所作的无规则的随机运动扰动了纳米流体原子的运动并且促进了它们之间的换热，这导致纳米流体对流换热能力的强化。此外，纳米粒子由于与氩流体原子发生碰撞而在纳米流体中存在自旋转运动，这有利于纳米流体的对流换热。进一步地，沉积的纳米颗粒通过增加换热面积和干扰近壁流体流动起到翅片的作用，改善了局部的换热。研究还发现沉积的纳米颗粒扩展了壁面附近的低势能区域，吸引更多的流体原子参与界面热输运，有利于局部界面热输运。