随着芯片等电子器件的高度集成化和微小型化,其散热表面的热流密度急剧攀升,工作温度不断升高。常规的冷却技术散热能力低,空间限制大,难以达到期望的散热效果,因此高热流密度芯片的散热问题成为了制约其发展的重要障碍。微通道流动沸腾散热具有传热系数高、工质流速低、结构紧凑等优点,被认为是解决高热流密度芯片散热问题极具前途的方法。然而,现有研究表明传统的光滑微通道存在着流动沸腾不稳定性、传热恶化、临界热流密度值低等问题,限制了微通道流动沸腾散热性能的提升。为了解决这一问题,在传统的光滑微通道的侧壁面开设矩形凹槽结构,采用数值模拟和实验的方法对侧壁矩形凹槽微通道流动沸腾的换热特性及不稳定性开展了相关研究。针对矩形凹槽微通道实现强化传热、抑制流动沸腾不稳定性的问题,建立了微通道流动沸腾的三维数值计算模型,完成了计算模型的网格无关性验证与模型可靠性验证。采用数值模拟的方法对比研究了凹槽微通道与光滑微通道在传热及流动特性上的差异。通过对计算数据的处理,得到了两种微通道在流动沸腾过程中的气泡行为以及流型演变特性,结合两种微通道在不同入口流速、不同热流密度下加热面温度、进出口压降、气相体积分数以及传热系数等参数的变化规律,对凹槽结构在不同沸腾程度、不同流型下发挥强化传热、抑制流动沸腾不稳定性的作用进行了分析和解释。针对凹槽结构参数对微通道流动沸腾换热特性及不稳定性的影响规律问题,采用数值模拟的方法分别建立了具有不同凹槽结构参数的数值计算模型。运用控制变量法,主要研究了凹槽宽度、凹槽长度以及凹槽数量三种结构参数对微通道流动沸腾过程的影响。得到了三种结构参数变化对凹槽微通道强化传热、抑制流动沸腾不稳定性的影响规律并分析了产生差异的原因。针对多管并联矩形凹槽微通道与光滑微通道具有不同换热性能的问题,建立了微通道流动沸腾散热的可视化实验系统。对实验系统进行了详细说明并完成了数据处理及不确定度分析。通过实验得到了光滑微通道以及矩形凹槽微通道的加热面温度曲线、传热系数曲线以及压降特性曲线。结合可视化实验系统拍摄到的气泡行为及流型特征,分析并解释了两种多管并联微通道散热器在微通道流动沸腾换热特性及不稳定性方面的区别。