微电子计算机、导弹卫星和军用雷达等精密设备蓬勃发展,设备体积微小型化,运行速度不断提升,导致器件功率密度大幅增加,对散热提出更大挑战。利用微通道进行两相流动沸腾换热,以汽化潜热的形式带走热量,具有换热系数高、均温性好以及工质需求量低等优点。本文利用高渗透率、高比表面积的铜粉烧结多孔材料制备了4种开放型的微通道热沉,对多孔材料微通道进行流动沸腾可视化及换热与压降的实验研究,并利用相变传热机理、多孔介质传热机理、微尺度效应等理论对实验结果进行解释,分析多孔结构参数、开放狭缝结构以及运行工况对开放型多孔材料微通道流动沸腾的气泡动力学行为特征、两相流型规律及其转换机制、换热与压降及不稳定性的影响,用以指导高效微通道散热器的优化设计。多孔材料存在的大量孔隙在沸腾中能够形成内部孔穴和表面凹穴两大类汽化核心,孔径分布和毛细性能因子是影响多孔材料微通道流动沸腾换热的主导因素,适当控制铜粉形状和烧结环境能够获得宽泛的汽化核心半径范围和较强的毛细抽吸力,在沸腾中提供密集汽化核心的同时及时对核化部位进行液体补充;多孔材料微通道沸腾曲线相对密实铜材质微通道发生向左、向上的偏移,ONB点明显提前,在降低壁面过热度方面优势显著;理论模型显示多孔结构中存在热传导、微对流、微液膜蒸发三种传热机制。在开放结构中形成了泡状流、弹状流、Ⅰ型分层流和Ⅱ型分层流四种流型,其中在Ⅰ型分层流时获得了较高的传热系数,并且在多孔材料微通道中形成分层流时孔隙内部液体能够持续发生核化,由汽块高速运动带来的对流蒸发与核态沸腾共同主导换热,相对密实铜材质微通道的换热系数最高提升两倍以上。压降与流型转换密切相关,由泡状流转变为Ⅰ型分层流时发生了压降的阶跃增长,并且多孔材料微通道较大的壁面粗糙度导致了更大的压降,适当增加开放狭缝高度能够降低压力损失并提高换热系数,同时开放狭缝的存在大大降低了流动不稳定性,有利于确保高散热需求设备的壁面温度均匀性。