随着微电子器件热通量的迅速增加,电子元器件热管理系统面临着巨大的挑战。微通道热沉和射流冲击结构相结合被称为混合微通道,它不仅提供了更高的散热能力,而且在冷却表面上保持了更高的温度均匀性。随着在各个领域的应用,混合微通道被证实可以满足大功率电子元器件的散热需求。本文以纯水为冷却介质,对混合微通道结构进行了数值模拟研究。本文通过Realizable k-ε湍流模型对具有相同的体积流域的不同通道截面（矩形、梯形、正五边形、正六边形和圆形）的混合微通道的湍流和传热特性进行了数值研究。分别讨论了入口雷诺数、底面热流密度和泵功率对不同截面通道的底面平均温度、底面温差、压降和速度分布的影响,并分析了不同截面通道内的流动状态。结果表明:在相同的雷诺数和相同的底面热流密度下,圆形通道具有最大的压降,矩形通道的压降最小;五边形通道具有最小的底面平均温度,梯形通道具有最小的底面温差。而在固定的底面热流密度和泵功率的条件下,梯形通道具有最佳的冷却性能。其次本文在梯形截面混合微通道的基础上,对直形通道进行优化,设计了三角波通道和波形通道的改进方案。结果表明:流道的结构会对微通道的散热性能有着显著的影响。直形通道的固液交界面温度分布比较光滑,而三角波通道和波形通道的固液交界面温度分布分别呈现三角形波动变化和波形波动变化。异形通道内的凹腔处会形成二次流产生漩涡,流体的扰动会额外消耗一部分的动能,最终导致三角波通道和波形通道的流动摩擦阻力的上升。所以在相同的泵功率下,直形通道的冷却液流量最大,三角波通道的冷却液流量最小。在固定的底面热流密度和泵功率的条件下,波形通道有着最低的底面平均温度、最小的底面温差、最低的总热阻和最大的平均努塞尔数。与直形通道相比,波形通道的总热阻降低了7.76%～19.59%,平均努塞尔数增大了5.14%～20.23%。且沿着通道长度方向上,与另外两种通道的底面温度的差值逐渐增大。为了进一步提高梯形截面混合波形微通道的冷却效果,对波形通道的弧高和弦长进行了研究,比较了底面平均温度和底面温差,计算了微通道总热阻和流动摩擦阻力系数。此外,在固定的横截面面积的条件下,通过改变梯形截面的几何参数β,试图去寻找一个最优结构。结果表明:流道结构的突然膨胀或者突然收缩,压力再分布导致流体振荡,在更大的弧高或者更小的弦长处的通道凹腔处的漩涡强度更强,热边界层变的更薄,因此具有更强的冷却性能。在最容易被流体流动影响的固液交界面局部温度变化趋势与波形结构相似。而参数β对混合微通道的影响主要取决于射流核心区能否有效撞击通道的倾斜侧壁面以及射流入口下的通道底面面积的大小。因此,在0≤β≤2/9、1/3≤β≤1/2和5/9≤β≤7/9的情况下,射流冲击区域的横截面上具有三种不同的流动状态。在相同的泵功率下,综合考虑底面温度、底面温差和总热阻等因素,在实际的应用中,如果对发热单元的温度要求更高,则推荐采用参数β=7/9;如果对发热单元的温度均匀要求更高,则推荐采用参数β=1/9。