作为百万吨乙烯工程的关键设备,双螺杆挤出机对机筒温度均匀性有着较高的要求。脉动热管作为一种高传热效率的换热元件,拥有结构简单、环境适应能力强、传热效果好等优点。研究脉动热管内部沸腾、冷凝以及气液两相流动规律,并探索其在双螺杆挤出机中的应用具有重要意义。本文基于相场理论,耦合Comsol Multiphysics中的相场模块与传热模块,建立了脉动热管模拟模型,搭建了脉动热管可视化实验平台,并对该模型进行了实验验证。在此基础上,研究了脉动热管沸腾、冷凝以及气液两相流动规律,比较了不同管径脉动热管的气液两相流动规律以及传热特性。针对大热量换热,将脉动热管的蒸发段与绝热段改为蒸发室,冷凝段改为变管径脉动冷凝管,并研究其蒸发室内沸腾传热、变管径脉动冷凝管内气液两相流动特点。研究表明:脉动热管从初始时刻起,经历了初始相变、沸腾与冷凝、气液两相振荡三个阶段;细管径比粗管径更能促进脉动热管内部气液两相流动,进而提高了振荡频率与气液两相流动速度;对于结构改变后的脉动热管,底部蒸发室液体充足,沸腾时无蒸干现象,顶部变管径脉动冷凝管发生冷凝液与蒸汽的循环振荡,促进了内部气液两相循环。本文针对挤出机的实际结构与工况,建立机筒四周为蒸发室,蒸发室顶部为变管径脉动冷凝管的挤出机机筒换热模型,并对其内部各部分的冷凝、沸腾、气液两相流动速度、换热量、温度分布均匀性进行了分析。研究表明:该模型冷凝启动时间为1s,沸腾启动时间为0.5s;变管径脉动冷凝管内部有速度波动,且管径不同,速度波动不同;纵向单位毫米厚度内,变管径脉动冷凝管中,蒸汽冷凝平均放热功率为352.85W,蒸发室底部,液体相变平均吸热功率为345.20W;与蒸发室接触的机筒壁面最大温差为1.08K;在机筒壁内部,机筒五个环状均布的测温点最大温差为1.40K。研究表明,机筒具有较好的温度均匀性。