随着电子技术的高速发展,电子设备的功率越来越高,热流密度越来越大,在使用过程中常出现超温现象,严重影响电子设备工作的可靠性与稳定性。传统的风冷、液冷等散热技术已不能满足现在设备的要求,而利用液体汽化的两相换热具有较大的换热系数,较强的散热能力,得到了广泛的应用。本文针对一发热设备进行散热设计。该发热设备外形呈长方体,长3.8m、截面约为5.0cm×2.0cm,总发热量为3.5kW。热源分布在整个长度方向且处于绝热状态,工作时温度持续升高,严重影响设备运行的可靠性与连续性;制冷不均会导致设备温度梯度过大,产生较大的热应力与热变形,影响设备运行的安全性。受工作条件限制,该设备外部空间狭小,不允许在外表面施加散热设备,只能通过在设备内部开设换热通道的方式对其进行散热。本文利用传统热管两相换热时具有较高热传导性、环境适应性、热流密度可变性等的优势,同时考虑到该发热设备长3.8m,管道过长导致凝液无法回流,设计了基于开放式热管的热控系统。开放式热管使用机械泵来提供驱动力,通过控制入口段的压力来保证制冷工质以饱和态进入管内,热管出口处的制冷工质直接排出或通过添加外部设备使制冷工质冷凝后循环使用。本文比较分析了不同制冷工质的沸点、相变潜热、毒性、对环境的影响等因素,得到最适合该开放式热管的制冷工质,以开放式热管为核心设计针对该发热设备的热控系统。通过对该热控系统的过程仿真模拟,研究分析了节流后压力和质量流量对管道入口处含气率、管道出口处含气率、管内压降以及管内对流换热系数等的影响。在满足该发热设备散热要求的基础上,本文通过过程仿真,得到了该热控系统的最大散热量。结果表明,当节流后压力为6.6bar、质量流量为0.028kg/s时为系统的最佳运行工况,此时对流换热系数最大,散热效果最佳。原发热设备长3.8m,受到实验、加工及焊接条件的限制,本文截取了长0.5m的一部分进行实验,搭建实验平台,进行稳态实验与瞬态实验。通过实验研究了不同质量流量对热控系统性能的影响。采用混合相模型与蒸发-冷凝模型相结合的方法,建立与实验相对照的三维模型,模拟工质在开放式热管中的汽化过程,并将仿真与实验的结果进行对比。结果表明,稳态实验与仿真各测温点的误差在1.5%以内,瞬态实验与仿真各测温点的误差在4%以内,实验与模拟具有很好的一致性。热管的质量流量越大,实验元器件温度达到稳定所需时间越少,达到稳定后温度越低。