高温传热问题广泛存在于高温热防护、高温计量、工业冷却等诸多领域。高温热管,依靠其内部液态金属/合金工质循环相变的传热机理,具有高功率密度、低温差等优良的高温传热特性,在上述领域具有广阔的应用前景。然而,要实现高温热管的实际广泛应用,还需进一步优化其管型结构,提升其综合传热性能,解决高温热管的反重力问题、构效关系及设计准则问题、均温性评价问题。本文基于具有良好吸液能力的空心套管式热管结构,从高温热管的内部两相流动机理出发,结合实验,对提升该结构热管传热性能的方法进行了研究。同时,探索了其结构与传热的构效关系,揭示了其空间均温率变化规律,建立了高性能空心套管式高温热管的设计准则及均温性评价方法。本文的主要研究内容及结论如下:设计并研制了具有高均温性和高传热性能的空心套管式结构高温热管。系统研究了热管结构、合理充液率范围、毛细芯复合方式、热管长径比、以及工作倾角对热管传热性能的影响规律,提出了提升热管传热性能与均温性的设计方案。研究发现:采用空心套管结构可显著增加热管内部换热面积与毛细吸液量,在结构上强化了传热能力;采用液态钠为工质时热管传热性能最优充液率为15%;缩小热管长径比可显著提升热管的传热极限及均温性,在长径比为3时,热管的均温性能最优,其全角度传热热阻范围为0.006～0.015 ℃/W,仅为常规高温热管热阻的1/3;采用密-疏-密顺序叠加的复合型毛细芯可同时兼顾高毛细抽吸作用与高渗透性的优点,可将高温热管的传热极限由1297 W提升至1896 W,并同时增强热管的均温性能。特殊针对空心套管式高温热管在极端反重力(-90°)工况下的传热性能进行了系统研究,揭示了其冷态启动温度变化规律和内部蒸汽流动机制。研究发现:该热管可在反重力工况下顺利实现冷态启动,其反重力启动性能与重力工况相同,启动时间均为660 s,最大反重力运行高度大于300 mm,对应的传热热阻低至0.021℃/W,当量热导率超过10000 W/m·K,为目前文献报道最优水平。提出了高温热管结构与传热效能关系的定量描述方法,并获得了空心套管式高温热管的构效关系及设计准则。分别对高温热管的冷凝段、蒸发段液膜与液池、毛细芯建立了传热模型,将三区传热模型通过热管整体的质量及能量守恒进行联立,建立了热管结构参数与传热效能的隐式关系,并编程求解了构效关系理论解。将热管传热性能的主要影响因子无量纲化,得到了能够直观反映热管的均温性能的均温特征数厂,以及包含了热管结构与效能特征的构效特征数SH,并通过数据拟合获得了Γ-SH函数关系,实现了热管构效关系的显示表达。在恒壁温加热条件下,对热管的构效关系进行了实验验证,其结果与理论解相符。根据热管的构效关系,分别从热管工况设计与结构设计角度提出了提升热管均温性及传热量的可行方法,形成了热管的设计准则。建立了以均温偏离度εt与空间均温率ξ为评价指标的均温性评价方法,研究了空心套管式高温热管的空间均温率变化规律。以均温偏离度小于5%‰的空间均温率作为热管在空间范围内的均温性评价指标,在热管内部两相流的数学模型基础上,对不同工况下的热管内部温度分布进行了模拟仿真和实验测量,进一步研究了热管的均温性能。结果表明:提升高温热管空间均温率的主要方法与设计准则相符;热管内的最大均温空间主要位于热管冷凝段内,且该均温空间的平均温度与冷凝段壁温相近;在本文的实验范围内,热管的最大空间均温率可达85.71%。