随着全球能源消耗的增加,提高能源转换效率成为了节能减排的核心问题,流动沸腾是一种高效的能量传递方式,在微电子冷却、暖通设备和热力发电等领域都有着广泛地应用。目前常见的强化传热手段主要是采用扩展表面或扰流装置等被动式强化技术,这些强化传热技术通过流体扰动的增加提高传热系数,但同时流动阻力增加,不可避免地造成系统耗功增加,因此,亟需发展新的强化传热技术。主动配液式强化传热基于工质流动沸腾特性,通过气液分配实现工质干度和质量流速的重新调配,充分利用高效传热区,有望实现流动沸腾传热系数提升的同时流动压降减少、有效提升蒸发器的热力性能,因此针对主动配液式蒸发器的热力性能研究和优化设计具有重要的工程价值和科学意义。首先,介绍了主动配液式流动沸腾强化传热原理,揭示其可行性。随后介绍了主动配液式流动沸腾在蒸发器中的结构实现,建立配液式蒸发器的数学模型,并通过实验获得普通蒸发器与主动配液式蒸发器在不同工况下的平均传热系数及压降数据对模型进行了验证,结果表明模型计算的平均传热系数误差小于35%,压降误差小于30%。然后,利用数学模型对主动配液式蒸发器的强化传热机制及各参数的相互关系作深入分析,主要讨论了不同分液效率下蒸发器热力性能参数的整体和局部变化规律。发现在不同入口干度下传热系数随分液效率的增加,先下降后上升达到峰值后急剧下降,相比普通蒸发器最高提升了4%。相比传热系数其压降改善情况更加明显,主动配液式蒸发器压降均低于普通蒸发器且随流量增加而愈加明显,最大降幅达到37.7%,因此主动配液式蒸发器压降降低效果更加显著。对比两种蒸发器的局部性能表现发现主动配液式蒸发器的高效传热区提前出现,并且所占面积大于普通蒸发器,是导致其传热性能提升的主要原因。最后,采用多目标优化算法对主动配液式蒸发器进行优化设计,并获得5种最优方案,其中管程布局为2-4-5-6-7,分液效率分别为46%和41%的方案综合性能最优,相比普通蒸发器提升了15.3%。针对两种蒸发器的优化结构进行性能研究,对比发现主动配液式蒸发器对压降改善最为显著,其换热量提升主要集中在后面管程。对这种蒸发器进行变工况的适应性研究,虽然在流量超过25g/s后换热量出现一定的波动变化,但在较大的流量范围内仍高于普通蒸发器,具有良好的适应性。证明了主动配液式蒸发器具有优异的综合性能和巨大的应用潜力。