近年来,随着电子设备功能和性能的不断提升,电子设备的体积越来越小,装配的元器件数量越来越多,器件运行功率越来越大,导致热流密度和安装密度急速攀升。因此,对电子设备的热控制能力提出了越来越高的要求。微通道换热以其结构紧凑、换热效率高、工程实现性好等诸多优点,作为一种高效的换热形式被海内外研究者们广泛关注。微通道换热结构形式多样不胜枚举,以蛇形微通道换热结构和带有翅片的微通道换热结构散热效果最理想。本文对微通道设计与优化技术进行了深入研究,提出了两种新型的微通道结构,即:新型双排蛇形微通道散热器和棋盘式翅片微通道散热器,获得了冷却系统流动和散热综合性能优良的散热器结构。在此基础上,针对流场设计参数对换热性能的影响以及设计参数优化等问题开展了仿真模拟和实验研究,取得的主要成果包括:（1）在对传统蛇形通道存在问题分析的基础上,提出了一种新型双排蛇形微通道换热器结构（D-SMTH）,并对其性能进行了仿真分析。对不同设计参数下的双排蛇形微通道散热器进行了数值模拟。仿真结果显示:与传统的单排蛇形微通道模型SMCF对比,新型换热器散热效果得到了显著提高。交叉排布进出口方式的双排蛇形微通道模型的努塞尔数增长幅度更快,D-SMTH-A模型的平均努塞尔数最大提高了13.7%,换热效果理想。（2）设计并搭建了双排蛇形微通道换热器散热性能的测试平台,进行了对流换热实验,利用实验对仿真结果进行了验证。通过实验数据分析,得出双排蛇形微通道换热器模型仿真结果与实验测量结果的相对误差不超过6%,表明D-SMPF模型的仿真结果与实验结果吻合较好。（3）针对传统板式翅片下直流微通道换热器存在的问题,提出了一种带有新型翅片结构的微通道换热器（DMTF）,并对不同次流道结构下的换热器进行了性能仿真建模与分析。结果表明,在相同泵输出功率下,本文提出地交错式进出口排布DMTF在降低热阻和提高努塞尔数方面相较传统的DMPF模型具有明显优势。论文研究发现,DMTF模型的热阻和底面温差均小于DMPF模型且散热效果更均匀;与现有带环形翅片模型MRNH对比,在同一功率下努塞尔数最大增加了13.6%。DMTF模型的底板温差较MRNH模型降低了2K,这对提高微通道散热器传热均匀性来说具有重要的研究意义。（4）设计并搭建了多进多出的板式翅片微通道换热器散热性能测试平台,进行了相关实验,并对仿真结果进行了验证。经过实验数据的归纳与计算,得出板式翅片微通道换热器在不同流速下仿真得到的压降与实验测量的压降相对误差不超过6%,平均努塞尔数之间的相对误差不超过5%的结论,表明平板翅片微通道模型的仿真结果与实验结果相吻合。（5）应用遗传算法,对本文所提两种微通道结构的流场设计参数进行了优化。构建了以提升散热底板的温度均匀性和降低功耗为目标的目标函数,分别对双排蛇形微通道散热器中通孔数量和通孔直径、棋盘式翅片结构微通道散热器中斜槽宽度及斜槽交角等设计参数进行优化。优化结果表明,双排蛇形微通道散热器中优化搜索误差小于2%,棋盘式翅片结构微通道散热器中优化搜索误差小于3%。通过优化,双排蛇形微通道换热器的努塞尔数比优化前的仿真结果提高了14.1%,棋盘式翅片结构微通道换热器的努塞尔数比优化前的仿真结果提高了12.7%,换热能力明显得到了提高。