随着我国深空探测等宇航任务的快速发展，以红外探测器为代表越来越多的航天载荷需要工作在低温环境。低温环路热管是一种依靠工质相变工作的传热元器件，具有传热效率高、传输距离长、无运动部件、柔性连接和热响应迅速等特点，在未来空间低温热控系统中有着巨大应用潜力。现有的低温环路热管的蒸发器为圆柱形，该结构的蒸发器与常见的平面控温表面耦合时需要增加额外的导热结构使得传热热阻和重量增加。而采用平板蒸发器的低温环路热管可有效解决该问题，但存在蒸发器的热泄漏等问题。鉴于此本文对带有平板蒸发器的低温环路热管开展了研究工作，针对低温平板式环路热管启动特性和传热性能的影响因素进行了系统的理论和实验研究，主要研究内容如下:
　　首先本文从低温平板式环路热管的工作原理出发，分析低温环路热管在启动和运行时传热传质的机理，论述了热管启动和传热的影响因素。在此基础上建立了平板蒸发器低温环路热管的启动和稳态运行的仿真模型。通过仿真计算结果得到低温环路热管结构参数及热物性对热管启动和运行的影响，得到不同结构参数下热管的降温时间和传热温差。从而为低温平板式环路热管的研制提供理论支持和设计方法。
　　在理论研究的基础上开展了低温平板式环路热管的实验研究。为解决平板蒸发器的热泄漏的问题，本文采用低热导率的新型氧化锆陶瓷多孔材料作为蒸发器的毛细芯。氧化锆多孔陶瓷具有孔径微小分布均匀、孔隙率和渗透率高、抗热冲击性能强和易机械加工的优点，能够有效满足热管的设计需求。依据仿真计算结果创新设计了平板蒸发器低温环路热管，同时改进了热管的装配工艺。根据应用需求采用不同管路结构和装配方式，成功研制出多套应用于不同工作环境和采用不同的启动方式的原理样机。
　　随后搭建了低温平板式环路热管实验系统，实验系统能够提供真空绝热的实验环境和低温散热冷源。通过实验研究了原理样机的启动特性和传热性能，实验结果表明:双环路低温平板式环路热管可通过加热次级蒸发器快速降温启动，增大加热功率能够缩短启动时间。仿真结果能够较好的预测降温时间。结构简单的单环路低温平板式环路热管在重力辅助下可以完成降温启动，液态工质在重力的作用下流入蒸发器浸润毛细芯。低温平板式环路热管可在液氦温区(70K-100K)和液氖温区(30K-45K)稳定运行，无重力辅助下最大传热功率可达15W，最小传热热阻0.8K/W。低温平板式热管的工质充装量对热管传热性能影响较大，存在最优充液率使得热管的传热热阻最低，在此基础上给出了最优充液率的计算方法。
　　最后对平板蒸发器低温环路热管的稳定性进行了实验研究。通过实验模拟低温平板式环路热管实际工程应用中所经历的环境变化和工况，研究低温平板式环路热管的抗振动性、抗污染能力、在间歇性热负载下的工作能力以及与小型低温脉管制冷机的耦合能力。低温平板式环路热管在经历高强度振动后性能稳定不变，具有良好的抗振动能力，同时热管工质中混入一定量的空气不会对热管的性能造成影响。低温平板式环路热管能够在载荷间歇性工作的情况稳定载荷温度，实现对载荷温度的有效控制。低温平板式环路热管与小型脉管制冷机耦合性能良好，可实现制冷机对热负载的远距离热排散。在此基础上实验研究了低温槽道热管的传热特性，对比了两种不同传热器件的特点和适用范围。