空间环境模拟器可以人为地模拟出航天器在宇宙中所经受的真空、冷黑、空间辐射等特殊环境。通过试验可以验证航天器设计是否合理,发现设计不足,材料和制造工艺的潜在缺陷,减少或避免航天器产生故障或失效,以便延长航天器的工作寿命,提高航天器发射的可靠性。热沉是环境模拟器中用来模拟冷黑环境的核心结构,热沉的温度均匀性是其最重要的技术指标之一。本文采用数值模拟方法,对小型热真空模拟器热沉进行了热力学分析,得到模拟结果,对优化热沉结构、提高温度均匀性、减少冷剂使用量具有实际意义。热沉主要分为由翅片与支管组成的管板式结构和不锈钢板式夹层结构两种。首先分析了管板式热沉单支管路与翅片热均匀性,分析了不同翅片长度、翅片厚度、支管直径以及冷剂流速对热沉温度均匀性的影响。然后应用计算流体力学的方法,对整片筒体热沉流动与传热进行了数值研究,分析热沉内冷剂稳态流动传热情况以及温度分布,研究了不同出口布置形式、支管间距、汇总管直径、支管直径和不同冷剂流速对热沉温度均匀性的影响。最后采用计算流体力学方法,分析了新型结构不锈钢热沉的工作性能,并与传统结构热沉相比较,分析不同钢板夹层间距、出口布置形式和流速对温度均匀性的影响,给出了热沉结构改进建议。研究发现,对于单支管翅片热沉来说,减小翅片长度或者增加厚度可以提高热沉热均匀性,冷剂流速与支管直径的变化对热沉表面温度均匀性的影响很小。筒体整片热沉进出口采用U型布置形式要比Z型布置形式温度均匀性好。增加进出口数量或增加进口冷剂总流量,增大汇总管与支管的直径比例,可以使支管冷剂流量分配更均匀,可以提高热沉温度均匀性。减小支管间距也可以提高温度均匀性,但冷剂流量分布变得不均匀。在相同的条件下,不锈钢板式热沉的换热效率很高,热沉的温度均匀性要明显好于管板式热沉。增加不锈钢板式热沉进口冷剂流量或减小两片钢板之间的距离可以提高热沉温度均匀性,而进出口布置形式对热沉壁面的温度均匀性影响很小。本文对影响热沉温度均匀性因素的分析,对热沉设计与结构改进具有重要参考价值。