随着科技水平的不断发展,高热流密度换热难题在诸多领域内日益突出,逐渐成为制约技术、经济发展的重要因素,而微结构热沉换热机构作为一种极具潜力的高效的换热技术,是解决高热流密度换热问题的一大研究方向。本文针对微针翅换热结构压损较大的特点及其歧管系统在流量分配方面的特性,由象棋获得灵感,创新性的提出了将两者相结合的新型棋盘形喷嘴射流/歧管/微针翅复合换热结构,微针翅换热结构和喷嘴射流可以强化换热效果,歧管系统可有效促进换热流体的均匀分配,故此复合换热结构既可保留原有的高换热效率,还能有效降低压力损失,且不会增加换热结构和电子元件间的换热面积。针对复合换热结构的周期性和对称性,本文选取了三维单元模型,并根据特征尺寸、截面面积关系设计了方形和圆形截面共两类、三类复合换热结构的单元模型。选取去离子水作为冷却工质,运用数值模拟的方法研究微针翅特征尺度、喷嘴特征尺度以及微针翅高度这三个独立几何参数、以及将单一微针翅结构转化成多微针翅结构对三维单元模型的流动及换热性能(主要是压力损失和总热阻)的影响。本文中数值模拟选用的工具的是ANSYS商用计算流体力学(CFD)软件——Fluent。最后,在进行参数优化的基础上对棋盘形喷嘴射流/歧管/微针翅复合热沉进行参数优化,可以得到:当体积流量为1 L/min,加热面热流密度为700 W/cm2时,基准单元模型中入口喷嘴出流体工质和加热面的温差为65.5 K,温度非均匀性为2.33 K,复合热沉的压降和热阻分别为4928 Pa和9.37×10-6 Km2/W。此外,本文还对将复合换热结构应用于太阳能吸热器进行了研究,通过数值模拟分析吸热器单元的几何参数对换热及流动性能、效率以及总换热系数的影响。对于棋盘形喷嘴射流/歧管/微针翅太阳能吸热器,当压缩空气的体积流量在1 0.8 L/min至32.4 L/min范围内,太阳能流密度从200000 W/m2增加至600000 W/m2时,压降从233.9 Pa增大至6289.0 Pa,吸热器的最大效率可达到92.12%,总换热系数最高可达到1180W/(m2.K)。