随着集成工艺及热封装技术的发展，电子元器件单位面积上的晶体管数目成倍增加。电子器件性能和热流密度同时提升使得散热问题成为一个关键技术瓶颈，迫切需要发展一种高效的传热元件。环路热管(Loop heat pipe: LHP)作为一种两相传热元件，是解决高热流密度电子器件散热问题的重要手段之一。LHP利用工质相变进行热量传递，蒸发器内部毛细芯产生的毛细力为工质在回路中循环提供主要的驱动力，蒸发器与冷凝器之间通过光滑的管路连接，具有传热效率高、传输距离远、热阻低、布置灵活等优势。本文在前人的研究基础上，从部件和系统两个层面研究了毛细芯制作工艺、蒸发器结构及双蒸发器LHP系统以满足电子器件对散热系统的更高要求。
　　毛细芯是工质在回路中循环的重要动力来源之一，也是在蒸发器中形成汽液隔离核心的关键部件。性能优异的毛细芯应该具备抽吸力大而流动阻力小，同时兼备良好的热物性。在已发展的制作工艺基础上提出了多孔径毛细芯，采用不同颗粒粒径的镍粉和造孔剂按照不同配比进行烧结，再对样本进行物性参数测量以寻求最佳配比。借助扫描电镜对多孔径毛细芯表面分析发现存在多种不同规格孔径。结合导热系数、渗透率和孔隙率测定结果，多孔径毛细芯具有良好的热力水力性能。此外，为了简化毛细芯制作工艺、降低生产成本，提出了浇注毛细芯方法，利用硅酸盐和粘结剂通过浇注的方法制得用于LHP的毛细芯。对样本进行测量表明，浇注毛细芯几何尺寸可控、成品率高，能够与蒸发器形成良好的密封从而阻止蒸汽向补偿腔泄漏。另外，浇注毛细芯导热系数低，能够减小通过毛细芯的漏热量。
　　合理的组织蒸发器内部工质的流动与热量传递是提升蒸发器传热性能的途径之一。在蒸发器结构改进方面，针对平板式蒸发器存在的问题与实际应用需求提出了二次芯蒸发器、补偿腔共享的蒸发器以及具有强化肋板结构蒸发器。二次芯蒸发器可减薄蒸发器侧壁厚度与稳定工质回流到补偿腔，使蒸发器热阻降低和LHP系统运行更加稳定。补偿腔共享的蒸发器可以解决相邻热源的散热问题，使得LHP系统更加简单、紧凑。具有强化肋板结构蒸发器通过肋板增强了平板式蒸发器的承压能力、工质选择范围更广，可解决大面积、高热流散热问题。另外，在文中总结了平板式蒸发器的设计准则，以便根据实际需求设计合适的蒸发器结构。
　　在LHP系统研究方面，探究了正压LHP系统和负压LHP系统。以氨、R245fa为工质的正压LHP系统拥有更好的启动性能、运行温度低，但高的蒸发器内部压力对蒸发器的制作工艺提出更高的要求。以甲醇为工质的负压LHP系统拥有更大的传热量、蒸发器内部压力低，虽然对蒸发器制作工艺要求低，但是运行过程中容易出现不稳定。最后针对高热流、多热源散热问题，设计了平板式双蒸发器LHP系统并分别以氨、甲醇为工质探究了系统的传热性能。通过重新组织系统内工质的循环，成功运行了以甲醇为工质的平板式双蒸发器LHP系统并获得了良好的传热性能。
　　本文结合理论分析和实验手段对平板式蒸发器LHP的毛细芯、蒸发器及系统进行了改进和优化，并搭建了对应的LHP系统测试平台。实验研究了不同充灌率、热沉温度、工质及重力倾角等因素对平板式蒸发器和LHP系统的传热性能和传热特点的影响，研究结果对平板式蒸发器LHP系统的今后设计与实际工程应用具有一定的指导意义。