功率超声在清洗、加工以及焊接等众多领域有着广泛的应用。针对大功率换能器工作过程中由于温度升高而引起的频率偏移、效率下降以及寿命缩短等问题,本文提出了一种新型热管散热型超声换能器,并通过模拟和实验两种方式和普通换能器在振动特性、辐射声场特性以及散热特性等方面进行了对比研究。首先,根据换能器力学和电学系统的相似性,使用等效电路法来解决换能器复杂的机电耦合问题进而简化研究,等效电路法中的参数通过导纳特性分析获得。基于求得的电路参数推导得到换能器的谐振频率和性能参数,并以此作为后续优化和对比换能器性能的指标。进一步,通过温度特性实验和理论分析得到了温度对换能器性能指标的影响。随着温度的上升,换能器的性能指标均会变化,其中以共振频率的漂移、静态电容的增加和机械品质因数的下降最为明显。为了从根源上控制发热量,本文提出了换能器的损耗模型,并得到在换能器谐振状态时,机械损耗占95%,而介电损耗仅占5%,在各个部件中压电陶瓷和前盖板的发热最严重。基于对换能器振动特性和热管散热特性的研究,本文提出了一种热管散热型压电换能器。热管散热器采用铜-水-复合吸液芯的形式,并在冷凝段采用平直翅片强化散热。热管散热器沿着换能器周向均匀布置六根,其具体的放置位置综合考虑换能器的温度分布和节面位置,设计在前盖板紧靠压电陶瓷处。并对热管散热器采用热阻分析法和数值模拟法进行研究,验证了其优良的等温性和导热性。最后,通过数值模拟对热管型和普通型换能器进行对比研究。相比于普通换能器,热管型换能器中压电陶瓷工作时的平均温度降低了60%,换能器共振频率的漂移减小了75%。除此之外,热管型换能器输出端的振幅提高了25%,总辐射功率增加了38%。为了验证模拟结果的准确性以及实物运行的可靠性,本文设计了散热和振动特性实验,实验结果和模拟结果相差不超过6%。总结来看,热管型换能器可以有效解决功率换能器严重的温升问题,运行更加稳定,辐射效率更高,可以进行进一步的生产推广。