随着工业科技的日益发展,电子元器件的集成度也变得愈来愈高,传统的散热方法如风扇冷却和单相强制对流,难以满足高效散热的需要。池沸腾换热是一种具有高热流密度的换热方式,其不需很高的过热度就能达到极高的热流密度,在高效换热器中有重要作用。梯度泡沫金属作为新型多孔介质的一种,能有效强化池沸腾换热性能,缓解目前电子设备换热需求增加的现象。本文通过搭建可视化试验台,对多层梯度泡沫铜的池沸腾换热性能开展实验研究。首先将9种孔密度（10～90 PPI）的单层泡沫铜分为低孔密度（10～40 PPI）和高孔密度（50～90 PPI）分别研究其池沸腾换热性能,并对泡沫铜表面气泡动态行为和液体补充位置的变化进行分析。结果表明,随着孔密度的增加,泡沫铜表面池沸腾换热性能先增加后降低,10 PPI泡沫铜强化换热效果最弱,70 PPI泡沫铜最佳,其最大表面传热系数相比光滑表面提高了1.27倍,且不同孔密度的泡沫铜厚度增加的影响也不同。并通过观察泡沫铜表面逃逸气泡动态行为,分析得出多种沸腾气泡脱离形式,对不同孔密度泡沫铜宏观上的液体补充方向进行理论分析,揭示了沸腾气泡逃脱阻力增大和外部液体补充位置减少是限制泡沫铜沸腾换热性能增强的原因。对于梯度泡沫金属而言,其作为一种新型强化沸腾换热材料,可以有效减弱沸腾气泡在脱离过程所受阻力,明确逃脱路径,强化沸腾换热性能显著。本文研究了不同梯度结构的泡沫铜对池沸腾换热性能的影响。当梯度泡沫铜为双层结构时,梯度差较大的泡沫铜在沸腾前期沸腾换热性能更强,沸腾中后期,20 PPI梯度差泡沫铜具有最佳换热性能。正梯度泡沫铜强化沸腾换热性能随孔密度的提高而增强。逆梯度泡沫铜气液流动方向发生改变,液体补充速率与气泡脱离阻力是影响逆梯度泡沫铜换热性能的决定因素。对多层梯度泡沫铜而言,当泡沫铜孔密度较低时,梯度泡沫铜梯度层数量的增加能增强换热效果。多层梯度泡沫铜排列顺序的改变对沸腾气泡的动态行为有很大影响。当气泡向上脱离时,泡沫金属表面的温度更低,温度梯度更大。当气泡向侧面脱离时,沸腾气泡的逃脱路程缩短,气泡逃脱的时间更短,气泡脱离的频率和尺寸增加。结合气泡动态行为,本文对不同结构的梯度泡沫金属建立了气液流动模型和传热模型,并提出了三种新型的多层梯度泡沫金属结构。在丰富的实验数据的基础下,对经典Rohsenow沸腾关联式中经验指数Cwl进行推导,使得Rohsenow关联式符合泡沫金属表面上进行的池沸腾换热。将泡沫金属结构与Rohsenow关联式结合,推导出泡沫金属池沸腾换热新关联式,新关联式包含泡沫金属本身的多孔性质及立体结构,更加符合泡沫金属表面进行的池沸腾换热过程。