在微电子技术快速发展的背景下,芯片集成度不断提高,尺寸越来越小的同时热流密度急剧增加。CPU芯片的性能对工作温度非常敏感,芯片的热设计越来越受到重视。传统的冷却方式难以满足高热流密度芯片的散热需求,设计新型高效的冷却散热装置成为一个广受关注的话题。微通道具有较强的传热传质能力,应用于芯片冷却具有许多优点,例如比表面积大、传热效率高等;纳米流体是一种将纳米颗粒分散在基液中得到新型的换热工质,能够改善基液的导热性能。二者的结合给CPU芯片的散热提供了一种有效途径。基于以上背景,本文主要从两个方面进行研究:（1）建立了12组高宽比的矩形截面单微通道单元模型和三种截面（三角形、矩形、梯形）的单微通道单元模型,通过数值模拟方法研究上述微通道结构对流动和传热的影响,以及使用Al2O3—水纳米流体（体积分数为1%和2%）为工质时其换热性能。（2）制备了质量分数0.1%-0.5%的Ti O2—水纳米流体,选择实际应用中的微通道型CPU散热器搭建了实验系统,通过实验方法研究了以去离子水和不同组分Ti O2—水纳米流体为工质时该微通道的冷却性能,主要通过努塞尔数、流动阻力系数和综合评价指数进行分析。研究结果表明:（1）数值模拟结果:在截面积相等的前提下,矩形微通道的散热性能随着高宽比的增大而增强,在高宽比处于8.400-10.886附近具有最佳的散热性能;在相同横截面积和当量直径的情况下,矩形截面微通道的热阻最低、压降最大、局部换热系数最高、相同热阻下所耗泵功率最小;三角形截面微通道热阻最高、压降最小、局部换热系数最低、相同热阻下所耗泵功率最大;使用纳米流体为工质时,整体的热阻差别很小,微通道内的对流换热系数更大,入口阶段更为明显,但增强的幅度较小,两种纳米流体分别为3.1%和5.9%,同时压降分别增大了约2.5%和5%。（2）实验结果:质量分数为0.1%-0.5%均具有更好的换热的性能,与去离子水相比,平衡温度可以降低约9%-14%;对流换热系数h和努塞尔数Nu均随雷诺数Re的增加而增大,且随着纳米流体的质量分数增加而增大,但质量分数0.5%的纳米流体的对流换热系数大小与0.4%的纳米流体相比差别不大,且其Nu数略低于0.4%的纳米流体;流动阻力系数与Re数呈负相关性,且不同浓度的工质减小的幅度都逐渐变小;纳米流体的流动阻力系数与其相对应的质量分数呈正相关性。当Re数在50-400的区间,纳米流体的综合评价指数都高于基液,且质量分数为0.4%-0.5%时具有更好性能。本文共有58幅图,12个表格和91篇参考文献。