随着信息技术的快速发展，数据中心的产业规模及其能耗不断攀升，占其总能耗比例较大的数据中心空调系统，也成为了节能研究的重点。而微通道分离式热管，以其节能、高效、利于利用自然冷源等特点，逐渐在数据中心中得到了广泛应用，其结构、运行参数也得到了一定优化。然而，由于结构紧凑、壁面不透明等原因，关于微通道热管内部制冷剂侧的研究不够完善。因此，本文以微通道热管流动与换热特性为研究目标，以实验及数值模拟为研究手段，解决流态可视化、壁面接触角参数分析等难点，关注运行条件、结构参数、充液率、壁面润湿性等参数对换热及两相流动的影响，对优化微通道热管的换热性能、提升数据中心的节能与安全具有重要的意义。
　　首先，以研究微通道热管的换热特性并为模拟提供基础为目标，搭建了微通道分离式热管的实验平台，针对风冷式热管空调和水冷式背板热管两种数据中心中广泛采用的热管结构，分析了充液率、风量、室内外温差等不同条件下的换热量、过热度、进出口温差、压力分布等换热特性。研究结果表明，充液率是影响热管换热性能的主要参数之一，随着充液率增大至最佳值，系统的换热量逐渐增大，出风温度、进出口温差、出口过热度等参数逐步下降；但随着充液率进一步上升，由于过量制冷剂影响了两相换热面积，系统的换热性能呈劣化的趋势。此外，提高室内外温差、风量等参数也能增大系统的最大换热量，并在一定程度上影响了充液率的最佳范围。
　　其次，在管外百叶窗翅片模型、相变模型、接触角模型和VOF模型的基础上，建立了微通道热管的简化数值模型，并通过实验对比验证了该数值模型的可靠性与准确性。模拟结果表明，蒸发段的两相流态沿Y轴方向均呈纯液态→泡状流→弹状流的变化趋势，同时流态和两相区体积显著影响了壁面过热程度及制冷剂侧的换热性能。而冷凝段内主要以膜状冷凝为主，制冷剂以液膜的形式沿壁面向下流动，液膜厚度随时间逐渐增大，同时也沿重力方向逐渐增大，并伴有冷凝液滴生成，使出口流速和体积分数产生周期性波动。
　　再次，在实验与模拟的基础上，研究了微通道热管在不同壁面接触角下的换热与流动特性，分析了换热量、流态、体积分数分布、壁面与制冷剂温度等多参数与壁面接触角的相互关系，揭示了壁面接触角变化对制冷剂流动状态的影响机理。研究发现，随着壁面接触角从0°增大至180°，气相制冷剂更倾向于分布在两侧壁面上，导致管内有规律的弹状流转变为无规律的气塞，同时壁面温度升高、近壁面与热管内部的平均制冷剂温差增大了0.86℃，制冷剂侧换热系数降低了68.9%，说明壁面亲水性有利于系统临界热流密度的提高。而另一方面，随着接触角增大，管内气泡的成核时间提前，成核的初始最低点下降了55%，侧面证明了壁面疏水性有助于气泡的成核。
　　最后，为了综合利用亲、疏水性壁面的优势，以疏水点阵在亲水表面上间隔排列的亲-疏水混合微通道为研究对象，研究了其内部的流动与换热特性。发现在该微通道内，制冷剂的蒸发程度提高了近3-5倍，其总体换热性能也要明显高于亲、疏水微通道，气泡主要在疏水点阵上成核，并在上升过程中与其他点阵上的气泡碰撞、聚合，使得管内气相分数呈现出了时空上的周期性波动，此外，疏水面积比和流速也显著影响了气相体积分数的平均值、振幅和频率。