乏燃料储存于乏燃料水池中持续释放热量，必须对其进行有效的冷却。热管冷却系统具有无需电力驱动非能动的优点，将其用于冷却乏燃料水池能够有效的延长乏燃料水池无需外部干预的非能动冷却时间，对于实现先进压水堆核电厂长期非能动冷却具有重要意义。本文针对应用于乏燃料水池的大尺度热管模块开展了实验研究，不仅获得了大尺度热管的换热特性，同时也验证了非能动热管冷却乏燃料水池的技术可行性。主要研究内容和结论包括：（1）针对CAP1400乏燃料水池热管冷却方案，建立三维几何模型，构建高质量的网格结构，基于Fluent软件建立乏燃料水池多孔介质数值计算模型，获得了不同乏燃料热源和不同热管布置方式下水池的流场特征和温度分布特性，且为大尺度热管实验方案的设计提供依据。（2）设计并搭建了大尺度分离式热管实验平台。热管蒸发段内径65mm，7.6m高，冷凝段长20m，热管整体高9m。以水为工质，实验获得了分离式热管中工质水循环温度变化特征，其流经分离式热管蒸发段时具有过冷区、池沸腾区和质量含气率大的两相区。在分离式热管运行典型工况（充液率高度5.6m，加热水入口温度80℃，流速0.011m/s，风速1.5m/s）下，以水为工质的单根分离式热管换热量为13kW，具备冷却乏燃料水池的能力。（3）开展大尺度分离式热管的参数敏感性分析。实验获得了蒸发段外加热水温度和流速、冷凝段外风速、充液率和工质种类等参数对热管换热性能的影响。结果表明，蒸发段外加热水的温度和流速对分离式热管传热传质能力影响最大，冷凝段外风速和充液率对其影响较小。分离式热管的热力循环过程和传热传质特性与工质的物理性质有较大关系。