计算机芯片作为高热流密度器件的典型代表，随着现代电子信息技术的飞速发展，芯片的散热问题已成为多个领域的研究焦点。目前环路热管（Loop Heat Pipe,简称LHP）作为一种高效的传热装置广泛应用于数据中心、超级计算机以及笔记本电脑芯片的散热中。环路热管的传热特征是利用工质的相变将热量传出，通常以蒸发器内毛细芯产生的毛细抽力作为工质驱动力进行循环。由于环路热管具有传热效率高、均温性好、无运动部件等优点，自然成为计算机芯片散热技术的首选。但是这种热管的弊端是因为受驱动力的影响，致使蒸发器与冷凝器之间的距离不能过长，而受限制的传输距离除了为热控设计加大难度外，还引发出一些其它问题。
　　延续多年的热管传热理论认为毛细抽力是环路热管的唯一驱动力，但研究证明，热管的传热过程中工质相变产生的压差不能忽视。本文通过对环路热管深入研究，提出一种以增大或突出（工质相变产生的）汽相压头为特征的传热机制。为此将蒸发器内部的吸液芯与受热面脱开，专门形成一个相变空间（蒸发腔），使工质蒸发相界面的位置从毛细芯内部多孔介质的表面转移到蒸发腔，从而形成一种（热管蒸发器）传热与传质相对分离的传热机制。本文对该热管进行了相关的实验和理论研究。
　　在实验部分，本文搭建了三种热管实验装置，分别为：（冷凝器）自然冷却下的环路热管装置、（冷凝器）自然冷却下蒸发器可视化的环路热管装置以及（冷凝器）水冷方式下的环路热管装置。
　　（冷凝器）自然冷却方式下环路热管实验结果表明，该环路热管可以在固定加热功率和变功率的工况下实现正常启动，并表现出良好的自调节能力。当加热功率在32W-55W之间变化时，系统热阻将在0.3℃/W到0.2℃/W之间变化。
　　通过自行搭建的可视化实验装置观察到了蒸发器内部两种运行模式：（1）蒸发腔底部存在一层液膜，传热状态为池沸腾；（2）蒸发腔底部不存在稳定的液膜，液体工质从吸液芯滴落至蒸发腔，并随即蒸发，形成滴落-蒸发运行模式。
　　为了提高热管的冷凝效率及研究该热管的运行特性和最优工况，本文利用（冷凝器）水冷方式下的环路热管实验装置，进行了不同灌充率、不同热沉温度、不同循环工质、以及不同真空度的实验研究。灌充率选取15%-85%之间，每隔5%进行一组实验。结果表明，灌充率为35%时，环路热管运行性能最优；灌充率为15%和85%时，环路热管启动失败，并且随着灌充率提高，系统内的温度波动现象也越来越剧烈。通过热沉温度的实验研究发现，相同的参数和运行条件下存在最佳的热沉温度（18℃）使蒸发器加热面温度最低(65.1℃)，启动时间最短（1350s），热阻最低（0.18℃/W）以及蒸发器换热系数达到最高（3.1×104W/(m2·k)）。将毛细抽力传热机制的环路热管[159-161]与本文提出的环路热管在不同的真空度参数下进行实验对比，证实了突出汽相压头的环路热管具有较低的运行热阻。
　　在动态仿真部分，使用节点分析法建立了该环路热管以及另外两种毛细抽力环路热管的仿真模型，并进行了相关的验证和对比。
　　用（冷凝器）自然冷却下的实验数据验证了该新型环路热管传热的仿真模型的准确性，发现最大偏差的位置发生在启动过程中，同时使用该模型分析了汽相压头在该环路热管中的作用，并预测了其运行性能。
　　在验证另外两种（毛细抽力）环路热管仿真模型的准确性后[66,185]，设定运行温度、启动时间和传输距离三个评价指标来对比三种环路热管的运行特性。研究结果发现，由于突出汽相压头的环路热管其驱动力确实大于毛细抽力驱动的热管，所以能够体现出较低的运行温度、最短的启动时间和最长的传输距离。此外本文将三种仿真模型应用于CPU散热计算，证实这种传热机制的环路热管具有最低的运行温度和最短的动态响应时间。
　　在数值模拟部分，用FLUENT软件对该环路热管内的蒸发过程、冷凝过程、以及吸液芯内的液体滴落过程进行了数值模拟，并与可视化实验得到的图片进行了对比，验证了数值模拟的准确性。
　　感谢国家基金委对本项目研究的资助（No.51376137）。