能源问题是现代社会发展的三大基本问题之一。随着大数据时代的到来,数据中心数量和能耗迅速上升,其中空调能耗占总能耗40%左右。在过渡季节和冬季,可利用室外自然冷源对数据中心进行冷却,降低空调能耗。本文设计一种泵驱动两相回路换热装置用于数据中心自然冷却,通过仿真和试验对其换热特性进行了深入研究,主要内容包括:基于工质在蒸发器出口和冷凝器进口状态,归纳出四种循环模式,过热循环、两相循环、过冷-两相循环和过冷循环,通过理论和试验发现两相循环为最佳模式。利用传热和压降方程建立泵驱动两相回路的一维稳态数学模型,并分析了各段阻力对系统循环和换热的影响。随着蒸发器进口到储液罐进口的工质流动阻力增加,蒸发器进口工质过冷度升高;随着冷凝器出口到储液罐进口的阻力增加,蒸发器进口和冷凝器出口的工质过冷度均升高;随着蒸发器或冷凝器阻力的增大,换热量先升高后降低。蒸发器与冷凝器连接管和冷凝器出口到储液罐进口连接管阻力增大,两器总换热量逐渐降低,前者阻力对应的换热衰减率大于后者。在蒸发器内,工质温度先升高后降低,当工质达到饱和液时,蒸发器内出现温差窄点和换热窄点。蒸发器的换热量分布主要集中在换热器的进口段和出口段。在冷凝器内,工质温度逐渐降低,冷凝器内微元换热量逐渐降低。当工质达到饱和液时,冷凝器出现温差拐点和换热拐点。通过分析表明,蒸发器与冷凝器结构和运行条件相同时,单回路纯工质的泵驱动极限温度效率为50%。基于温差均匀性原理,提出一种多回路泵驱动两相回路换热装置,推导出换热装置的总温度效率与回路数和单回路温度效率的计算公式。单回路效率高时,回路数选择较少为宜,单回路效率低时,回路数选择较多为宜。通过试验研究,分析了泵驱动两相回路的流量特性和换热特性。在不同换热温差下,随着流量的增大,换热量均是先增加后降低再升高。随着换热器台数的同步增加,换热量和温度效率增加逐渐变缓,换热器均为1台时,换热量为2.61kW,温度效率为22.18%,两器均为3和6台时,换热量分别为4.19 kW和4.43 kW,温度效率分别为34.89%和37.81%。分析每个换热器进出口工质和水温度发现,蒸发器内存在温差和换热窄点,蒸发器的换热量主要在首尾两台换热器,中间换热器的换热量占总换热量较小。在理论和试验基础上,搭建了数据中心用泵驱动两相回路换热装置,试验结果表明:在10°C温差下,换热装置的换热量为12.47kW,COP为3.75,25°C温差时,换热量为31.17kW,COP为9.37。分析流量和阻力特性得出,蒸发器出口工质干度在0.3至0.6的范围时换热量变化不显著,较为适宜。随着室外温度变化,机组换热量与室内外温差成线性关系。通过分析其换热特性、流量特性和室内外换热温差特性,提出换热装置应用于数据中心自然冷却的控制策略。