超薄平板热管作为一种高效的传热元件,能有效解决受限空间内高热流密度设备的散热问题,具有广阔的应用前景。随着超薄平板热管厚度不断减薄,其传热性能恶化,为满足高热流密度设备的散热需求,开展超薄平板热管传热传质特性及强化传热研究具有重要意义。本文从理论分析、实验测试、可视化研究等方面对超薄平板热管传热传质特性进行研究,优化超薄平板热管结构尺寸设计,并将其成功应用于质子交换膜燃料电池热管理。基于导热和工质相变传热传质理论,建立超薄平板热管理论分析和热阻网络模型,确立超薄平板热管传热极限制约因素及热阻占比;通过构建吸液芯结构模型,解释工质毛细回流机理及毛细极限影响因素;结合理论分析,讨论了吸液芯和蒸汽腔厚度减薄对其传热性能的影响。结果表明,横向传热超薄平板热管传热极限由毛细极限决定,毛细压力大小与吸液芯间隙有关;其热阻主要来自蒸汽腔,蒸汽腔热阻占比超过50%,其临界厚度为0.3 mm。为进一步探究超薄平板热管传热机理,设计并制造了可视化超薄平板热管,通过观测吸液芯层液面变化及蒸汽腔内工质流动特性,研究其在不同充液率及不同工质下的传热性能。可视化结果进一步揭示了吸液芯毛细压力变化及工质分布对传热性能影响。工质刚好填充吸液芯为最佳充液,工质性质对传热极限具有较大影响。根据燃料电池堆的结构尺寸设计制造了两块厚度均为1.3 mm不同长宽比的超薄平板热管,采用模拟电池产热、散热的方式,对其在不同倾角、不同冷却外部条件影响下的传热性能进行研究。对比两种不同尺寸超薄平板热管,等效传热长宽比更小的超薄平板热管性能更好,壁面最大温差为1.9℃,最小热阻为0.037℃/W,更适用于质子交换膜燃料电池热管理。根据超薄平板热管研究结果,设计制造了超薄平板热管质子交换膜燃料电池堆,成功将超薄平板热管应用于质子交换膜燃料电池热管理。采用超薄平板热管后,电池堆的内部温度分布更加均匀,单电池平面内温差降低到0.4℃;与普通电池堆相比,在35 A额定电流下,输出功率提升7.2%。