本文针对3D芯片散热痛点提出了利用芯片间形成的微通道而构成热虹吸热管结构冷却3D芯片的新技术并进行了一系列的基础实验研究其换热特性。以去离子水和R113为基础换热工质,镍铬合金加热面模拟3D芯片发热,重点研究了三维微通道三维尺寸,倾角,工质物性,加热面表面处理对热虹吸沸腾CHF和HTC的影响,并提出了两种强化微通道热虹吸沸腾换热的手段。所使用的的三维微通道长度包括30mm,60mm和100mm,厚度包括0.05mm和0.1mm,宽度包括4mm,2mm,1.33mm,1mm和0.8mm。根据纯工质的实验结果,对常规尺寸通道的热虹吸沸腾经验公式做出修正,使其适用于三维微通道的热虹吸沸腾,补充了微通道宽度对CHF的影响,公式与实验结果误差在30%以内。为了强化换热,向纯工质中加入2000ppm表面活性剂SDS形成湿润流体,从而降低工质的表面张力,增强湿润性,提升毛细力,降低加热面与液面间的表面能。随着通道宽度的增大,CHF强化率逐渐减小;相同宽度和厚度的微通道,长度越长,强化越弱;厚度越小,强化率越高;对湿润R113,CHF强化率为115%到164%;对湿润去离子水,CHF强化率为117%到156%。另一方面,使用CuO纳米流体对加热面表面进行改性处理,使加热面表面沉积一层多孔的纳米沉积层,增大加热面表面湿润性能,减小固液接触角,增大汽化核心密度。CHF得到强化,CHF强化率随着通道长度的增加而减小,随通道厚度的减小而增大,但对三维微通道的宽度变化不敏感;对R113,CHF强化率为122%到177%;对去离子水为115%到162%。同时使用两种强化手段,CHF得到了进一步的强化,对湿润R113和纳米结构换热面,CHF强化率为132%到224%;对湿润去离子水和纳米结构换热面,CHF强化率在135%到208%。