人们对物质的高需求和能源的大消耗背景下,促进了微通道的发展,微通道换热器因其体积小、换热比表面积大而被多方位应用于航空航天、电子信息、生物工程、军事与核能、微电子机械等高科技领域,因此,对微通道换热器深入研究,设计出综合换热效率高、结构合理的微通道已是目前大热点。微通道换热器的二次换热过程是沿不规则孔间固体高度方向进行的,二次换热面难以确定,目前还没有统一的计算方法。本文提出了一种求解二次换热面的数学方法—等面积补偿法,提取微通道结构中的单元块模型,进一步得到单元块的换热面积和厚度,然后应用数值模拟的方法进行深入研究。应用Solidworks软件建立圆弧截面微通道换热器的最小换热单元作为研究对象,采用数值模拟和实验相结合的方法,研究了不同宽高比的圆弧形截面通道内的热工水力特性。特别是在当水力直径、横截面积和圆弧高度一定时,研究宽高比对JF因子的影响,选取最优的宽高比。提出一种微通道内强化换热的物理模型,即在通道内有规律性增加内置凸起结构,增强微通道湍流换热效应;再选取圆弧截面微通道单元模型,对不同内置凸起结构的微通道流场进行数值模拟及分析;对凸起结构的不同排列方式对应的强化换热进行对比研究。搭建实验平台,设计一种换热薄板可拆卸的微通道换热器进行换热性能实验,测量相关物理量:微通道换热器冷水进出口温度、热水进出口温度,研究圆弧截面微通道换热器在不同宽高比下对换热性能的影响,并跟数值模拟进行验证分析。研究表明:提出的等面积补偿法求解是切实可行的,可推广到普通孔洞的微通道换热器上,从而得到一套合理的微通道低温制冷机理来供参考;流速对微通道的流动和换热性能有很大的影响,通过研究JF因子在不同截面下的宽高比,发现当某一特定通道截面宽高比下,微通道换热器的综合性能最佳,可为结构设计提供一种新的优化方法;设置一定的凸起高度,可以有效提高微通道换热器内的综合换热性能,使换热效率达到最佳理想状态;相比于均匀、先疏后密排布方式,凸起结构排列方式选取先密后疏型可以在压降不增大的同时提高换热;通过实验,发现实验结果与数值模拟结果基本一致,单位体积换热系数Kv变化趋势一致。