在大功率密闭机柜的散热需求日益增长的背景下,传统风冷、液冷、半导体制冷及机械制冷等方式由于散热能力不足或能源消耗过高已不再适用,而微通道换热器环路热虹吸冷却系统具有出色的换热性能和更高的能效比,成为了大功率密闭机柜散热的最佳选择,对其开展深入系统的性能研究十分必要。本文设计并搭建了微通道换热器环路热虹吸冷却系统实验平台,同时建立了蒸发器微通道管内流动沸腾换热三维流固耦合计算模型,以R245fa为实验工质,通过实验与仿真相结合的研究方式,研究了多因素对微通道换热器环路热虹吸冷却系统流动及换热特性的影响。在实验研究中,通过分析系统温度分布、压力分布和热阻分布等实验数据,深入研究了加热功率、充液量和循环风量等因素对微通道换热器环路热虹吸冷却系统的性能影响。研究发现,加热功率越高,系统压力与饱和温度越高。低充液量时蒸发器入口过冷度较低且不随加热功率变化,高充液量时过冷度较高且随着加热功率的增大持续升高。当加热功率增大到极限功率后,蒸发器出口出现明显的过热度,且充液量越低,过热度越高。随着加热功率的增加,蒸发器热阻、冷凝器热阻和系统热阻均先下降后上升,流动热阻变化较小。低充液量时,低加热功率下系统换热性能更好,高加热功率下系统热阻往往因蒸发器出现局部过热而飙升。系统热阻随冷凝器循环风量的增大而减小,与蒸发器循环风量无关。当加热功率超过极限功率时,总是远离蒸发器出口侧的扁管上部开始出现局部高温。当充液量极低且加热功率显著大于极限功率时,系统内部温度与压力将出现大幅度大周期振荡,振荡期内工质循环流量逐渐降低直至完全断流,蒸发器侧温度剧烈升高,系统压力与冷凝器侧温度急剧降低。在仿真计算中通过VOF数值模拟方法,研究了扁管位置和加热功率对系统流动及换热性能的影响并与实验结果进行对照。研究得到了微通道内流动沸腾流型转变规律,发现不同扁管位置与加热功率下流型分布均存在显著差异。靠近蒸发器出口的扁管进出口压降及工质流量更大,从而更不易出现局部过热。加热功率越大,靠近微通道出口段液膜消失情况越严重,导致了高加热功率下蒸发器出口区域局部壁面高温和散热能力骤降。本文实验与仿真所得结论,对于微通道换热器环路热虹吸冷却系统的结构设计和运行工况选择均具有重要意义。