随着科技的迅猛发展，电子元器件的集成化程度越来越高，热负荷随之不断增大，热交换设备的传热强度日益增大。为了满足有重量限制和体积限制的传热高热负荷传热需求，传热学界正在寻求更加高效可靠的冷却手段。为了解决这一问题，一方面可以采用结构更复杂，换热比表面积更大的微尺度冷却热沉。微通道热沉就是其中的一种，国内很多学者对对微通道热沉的流动换热特性进行了试验及数值研究，但主要以去离子水为工质。另一方面可以选用导热性能更优越的工作介质进行强化换热。在传统工质中添加金属、非金属或者氧化物固体粒子可以有效提高液体工质的传热性能。由于这些固体粒子的导热系数是一般流体的几百甚至数千倍，因此将这些固体粒子分散到流体中能够获得具有更高导热系数的流体工质，这其中，纳米流体被证明是一种具有高导热性能的新型换热介质。　　本文综合纳米流体与变截面微通道热沉两种强化换热手段，采用实验方法测量研究了Al2O3-水纳米流体导热系数的影响因素，重点分析了表面活性对Al2O3-水纳米流体稳定性和导热系数的影响，并针对Al2O3-水纳米流体在扇形凹穴型变截面微通道中的流动与换热特性展开研究，为开发高效微型冷却热沉提供基础和理论依据。　　采用两步法制备了不同浓度的具有较长稳定时间的Al2O3-水纳米流体，并通过Hot Disk热物性分析仪测量纳米流体的导热系数。系统分析了两种表面活性剂(SDS和PVP)对Al2O3-水纳米流体稳定性和热物性的影响，重点研究了当纳米流体浓度、颗粒尺寸以及温度变化时，粒子体积分数与表面活性剂质量分数的比例对其导热系数的影响。表面活性的加入会降低基液的导热系数，但是，在纳米流体中添加表面活性剂可以有效提高纳米流体的稳定性，且非离子型表面活性PVP比阴离子型表面活性剂SDS对于Al2O3纳米流体的分散性稳定性具有更好的效果，粒子浓度越高，这种优势越明显。Al2O3-水纳米流体导热系数随着表面活性浓度的增加呈现先上升后降低的趋势。表面活性剂质量浓度与粒子体积浓度的最佳比例与纳米粒子体积分数和颗粒尺寸有关。对于相同粒径的纳米流体，粒子体积分数越高，其导热系数达到最大值所需表面活性剂浓度越高。对于相同体积分数的纳米流体，粒子尺寸越大，流体导热系数达到最大值所需的表面活性剂浓度越高。　　通过CFD计算流体力学分析软件模拟了纳米流体在扇形凹穴型变截面微通道内的流动与换热情况;搭建了微通道内纳米流体流动与换热试验平台，实验研究了Al2O3-水纳米流体在扇形凹穴型变截面微通道内的流动与换热特性，分析了纳米粒子体积分数、Re数等对工质流动与换热的影响。　　纳米粒子的加入显著增强了流体在微通道内的对流换热，增强了液体的传热效果，但同时也导致微通道进出口压降和摩擦阻力系数的增大。纳米流体中纳米粒子的体积分数和Re是影响纳米流体对流换热的因素之一。纳米流体的对流换热强度随粒子体积分数的增大而增大，相同粒子浓度下，Re越大，对流换热系数提高比例越大，强化换热效果越好。