环路热管(Loop Heat Pipe,LHP)是一种高效的两相换热装置,因其结构和性能优势成为电子元器件散热的最具应用前景技术之一。随着电子器件的集成度越来越高,并且逐步向着高性能和小型化方向发展,实现环路热管的小型甚至微型化显得尤为重要。本文设计制造了蒸发器厚度为10 mm的小型不锈钢环路热管,针对实验过程中发现的烧结毛细芯体积收缩、孔隙结构部分消失等问题,设计制备了外形规则、孔隙率符合要求的泡沫镍毛细芯,并对其在小型环路热管性能特征进行了初步研究。通过高导热系数烧结镍毛细芯环路热管以及低导热系数烧结PTFE毛细芯环路热管的对比实验研究发现:毛细芯的导热系数会对环路热管性能产生重要影响,高导热系数毛细芯会使环路热管的热阻降低,蒸发器稳定运行温度降低,而低导热系数毛细芯会使环路热管蒸发器的反向热漏减少,启动时间变短。同时通过实验发现环路热管的小型化对其性能产生影响较大,由于其内部液体工质量较少,导致相同热流密度下热阻较大且蒸发器运行温度较高;并且由于小型泡沫镍毛细芯环路热管蒸发器厚度较小,其漏热明显高于其他两种毛细芯,对应环路热管的启动时间也较长。因此对应用于小型环路热管的泡沫镍毛细芯进行优化设计和性能提升尤为重要。论文首先对泡沫镍毛细芯基本参数和性能进行了实验表征,并与烧结镍毛细芯进行了对比。对比研究发现泡沫镍毛细芯呈现出标准的双孔径孔隙分布;且可以通过对泡沫镍毛细芯的孔隙率调控达到对孔径和有效导热系数等参数进行控制,大孔隙率毛细芯具有更大的平均孔径以及更低的有效导热系数。对比相同孔隙率的烧结镍及泡沫镍毛细芯的性能参数发现泡沫镍毛细芯表现出更好的抽吸传质性能和蒸发传热性能。同时对比不同孔隙率的泡沫镍毛细芯性能发现,孔隙率在75%以下的泡沫镍毛细芯,抽吸传质性能随着孔隙率的增大而提高,但是由于其有效导热系数会随着孔隙率的增大而减小,因此孔隙率在60%左右的泡沫镍毛细芯因其同时具备较高的有效导热系数和抽吸速率,其蒸发传热性能表现最佳。本文对泡沫镍毛细芯的优化主要采取两种方式,一是将泡沫镍毛细芯制备成具有不同孔隙率的两层,使其两层可以具有不同的平均孔径和不同的有效导热系数参数,二是在泡沫镍毛细芯的基础上复合一层PTFE毛细芯层,以增大复合毛细芯两层的导热系数差异。通过实验发现,对于纯泡沫镍复合毛细芯,当其小孔隙率侧靠近加热片大孔隙率靠近储液池的情况下,其抽吸传质性能和蒸发传热性能都得到提高,并且在泡沫镍毛细芯孔隙率满足较快的液体工质抽吸速率的前提下,两层泡沫镍的孔隙率相差越大,对蒸发传热性能的提升越大。对于PTFE-泡沫镍毛细芯,由于PTFE层的抽吸传质性能较差,所以降低了复合毛细芯的整体传质性能,但其蒸发传热实验过程中的传热系数依然得到了提高,由于PTFE层有效导热系数很低,所以通过毛细芯导热散失的热量减少,使毛细芯在低功率下具有更大传热系数。实验结果表明环路热管毛细芯的优化方案中,具有不同孔隙率的两层泡沫镍导热系数相近但小孔隙率侧靠近加热面的情况下,毛细芯传热性能得到了提升。对于复合了低导热系数PTFE层的泡沫镍复合毛细芯,当高导热系数的泡沫镍层靠近加热面的情况下,毛细芯传热系数得到了提升。综合考虑实验结果,应使毛细芯靠近加热面一侧毛细芯具有高导热系数和较小孔径,靠近补偿腔侧毛细芯具有低导热系数和较大孔径,可提升毛细芯及其环路热管的整体传热性能。