环路热虹吸管具有无动力、结构紧凑、等温性好、传热热流密度高等优点,在解决电子元器件高热流密度散热问题方面潜力巨大。目前关于环路热虹吸管的研究中,传热热流密度一般小于10 W/cm2,充液率低于50%。现有研究表明,在较高充液率下环路热虹吸管可实现100 W/cm2以上的高热流密度传热,然而关于高充液率环路热虹吸管传热规律和传热机理的研究还较缺乏。本文系统地研究了充液率在35%-92.5%范围内环路热虹吸管的传热特性及其两相流动特征,对比了不同充液率下环路热虹吸管的传热过程,揭示了高充液率环路热虹吸管高热流密度传热机理。设计并搭建了环路热虹吸管传热特性实验台,分别研究了80%、60%、35%充液率环路热虹吸管的传热特性。结果表明80%充液率环路热虹吸管在高热流密度下会出现加热点温度随加热功率增加而降低、均温性突然改善、传热性能大幅度提升的特殊现象,而在60%、35%充液率时均不会出现此现象。对比三种充液率下的传热特性,35%充液率适用于中、低热流密度,80%充液率环路热虹吸管可实现200 W/cm2以上的高热流密度传热且传热性能良好。此外充液率过高、冷凝段过长、倾角减小均会降低传热极限;本实验中改变冷却水温度、流量会对传热特性产生不同程度的影响。通过可视化实验进一步研究高充液率环路热虹吸管的两相流动特征,进而揭示了其传热机理。研究发现,在低热流密度下,加热区产生气泡,气泡上升穿过液层流向冷凝段,由于较大的相间阻力,导致管内压降较大,传热热阻增大;在高热流密度条件下,加热区产生的气泡数量和气相体积均增加,气泡推动液体工质流向冷凝段,工质流速增加,环路内形成连续稳定的两相流动,传热热阻大幅降低。采用CFD方法模拟了80%、60%、35%三种充液率下环路热虹吸管高热流密度下气液两相流动和热量传递过程。35%充液率下管内并未形成连续环流,加热点附近工质处于池沸腾状态,气泡尺寸较大,冷凝段工质在壁面上凝结成薄液膜;在60%充液率下,加热点上方少量液体可越过环路顶部流向冷凝段,冷凝段的上半部分的气相工质凝结为液膜,下半部为液相区;在80%充液率下,管内形成了连续两相环流,加热点处气泡受到液体剪切作用,脱离直径较小。模拟结果进一步验证了第二章中不同充液率下环路热虹吸管的传热特性实验现象及机理分析。本文系统研究了不同充液率下环路热虹吸管的传热规律,揭示了环路内气液两相流动特性及传热机理,着重通过传热特性实验研究了高充液率环路热虹吸管的传热特性,通过可视化实验和CFD方法揭示了其高热流密度传热机理。本研究可为高充液率环路热虹吸管传热设计和应用提供理论指导。