随着微电子技术的高速发展,迫切需要解决高热流密度电子设备散热问题。而平板热管则被视为解决该散热难题的有效技术。平板热管蒸发段与冷凝段距离较短,且沸腾和冷凝之间互相耦合,导致其内部相变传热机理尤为复杂。同时,蒸发热阻在热管总热阻中占主要组成部分。因此,需要深入认识平板热管内部相变传热机理,研究针对性强化蒸发/沸腾传热方法,有利于提高平板热管传热效率。基于上述原因,开展了负压封闭空间内相变传热机理、影响相变不稳定性关键参数以及泡沫铜覆层、自由颗粒强化沸腾传热的理论和实验研究。主要内容包括五个方面:第一,搭建可视化实验平台,重点研究了三种热管工质对相变传热不稳定性的影响。实验结果表明:以去离子水为工质时,相变传热不稳定性与相应的传热模式密切相关。随着热流密度增大,依次出现自然对流、间歇沸腾和充分发展核态沸腾。最大相变传热不稳定性发生在间歇沸腾阶段。而对于乙醇和丙酮工质,相变传热主要处于自然对流和充分发展沸腾区,传热稳定。分析认为:汽化核心激活和失活的转变是造成相变传热不稳定性产生的主要原因。此外,充液率、冷却水出口温度同样对相变传热不稳定性产生影响。第二,充液率对沸腾起始、传热性能和传热恶化影响研究。实验结果表明,当去离子水充液率较小时(FR=15%),不存在壁温过冲现象;沸腾起始热流密度及加热壁面温度波动较小,相变传热较为稳定。当充液率增大时,存在壁温过冲现象;此时,加热壁面温度波动较大,相变传热不稳定程度增强。而以丙酮为工质时,充液率对相变不稳定性影响可以忽略。加热壁面平均温度与沸腾起始温度越接近,相变不稳定程度越剧烈。实验结果表明:沸腾和凝结存在耦合作用,且与工质的性质有关。去离子水为工质时,沸腾与冷凝的耦合作用较强。而以丙酮为工质时,沸腾和凝结的相互作用较弱。首次发现自由液面扰动卷入小汽泡触发沸腾现象。实验结果表明,最佳充液率约为FR=50%,不同的充液率出现传热恶化的机制不同。第三,采用不同结构的泡沫铜覆层强化沸腾传热。泡沫铜覆层可增大汽化核心密度,有效降低加热壁面沸腾起始过热度。对去离子水和丙酮工质,沸腾起始过热度分别降低13.4℃和27.1℃。研究发现,开槽泡沫铜覆层可有效提高沸腾传热系数和最大热流密度。与光滑表面相比,去离子水和丙酮的开槽泡沫铜覆层沸腾传热系数分别提高至2.2和4.2倍。第四,以去离子水为基液,研究了纳米、微米和毫米尺度下自由颗粒强化相变传热机理。首先,研究了多壁碳纳米管纳米流体及表面活性剂对沸腾相变传热的影响;其次,研究了铜自由颗粒粒径对相变传热的影响。多壁碳纳米管流体可有效提高光滑壁面传热能力,其强化传热机理与纳米颗粒沉降形成沉积层有关。与光滑壁面相比,纳米颗粒沉积层增大了加热壁面粗糙度,因而汽化核心密度增加。因此,沸腾起始过热度最大降低15.4℃,传热系数最大提高1.45倍。随着纳米流体浓度的提高,加热壁面传热系数逐渐增大并趋缓。然而,在纳米流体中添加表面活性剂,导致相变传热恶化并加剧了传热不稳定性,且传热恶化程度与表面活性剂浓度成正比。此外,纳米颗粒沉积层、微米颗粒的流化及毫米颗粒与加热壁面所形成的尖角是此三个尺度自由颗粒强化传热的主要原因。第五,开展了自然及强制对流情况下径向偏心热管温度特性影响因素的研究。研究表明:热管通过相变传热及其热容显著提高冷凝段温度的稳定性和均匀性。总之,本文研究了负压封闭空间内相变传热不稳定性机理及强化传热方法,为平板热管解决电子器件散热问题提供了新思路。