随着人类社会对数据处理、数据存储系统与信息通信的需求不断增加,数据中心行业成为一个越来越重要的节能领域,数据中心用分离式热管作为一种高效节能的散热设备也受到越来越多的关注。因此,本文基于相变模型设计了为CPU散热的平板型蒸发器,对其内部的流动换热特性进行分析,并对传统结构进行优化;然后设计了用于机柜级散热的分离式热管散热器,从电能使用效率（PUE）及节能率两个方面对其应用于机柜级散热的节能潜力进行研究。首先,为了使用仿真手段研究分离式热管内部工质流动情况,针对热管内部工质的相变过程建立相变模型,并通过VOF模型追踪热管内部气液两相流的流动形态;为了验证相变模型,本文搭建热管测试台架,并将仿真结果与实验结果进行对比。其次,基于已验证的相变模型建立了用于CPU冷却的分离式热管平板型蒸发器仿真模型,研究其内部传热传质特性。最后,以典型机柜为研究对象建立了机柜级散热仿真模型,通过对比有无分离式热管系统来分析机柜内热点的分布情况,通过调整机房空调送风温度来分析分离式热管散热器对数据机房的PUE及制冷系统节能率的影响。研究表明,在固定传质时间驰豫系数的情况下,相变模型的仿真温度精度为4.5℃。在热负荷为600W的情况下,平板型蒸发器能够使CPU表面最大温差不超过3℃。平板型蒸发器的吸液芯与CPU的接触面积越大,蒸发器出口含气率越高,CPU表面均温性越好。在机柜整体热负荷为5000W的情况下,使用分离式热管能将热点温度由114.94℃降低至70.15℃,与冷凝端距离越远,机柜内服务器上的热点温度越高。以运行时间1年为例,采用所设计的分离式热管散热器能够将数据机房的PUE值由2.0降为1.67,使得机房制冷系统整体节能率达到42.14%。