两相环路热控系统能在较小温差下将大量热量传输到较远的地方，其在航空航天、高热流密度散热等领域有着良好的应用前景。本论文主要针对毛细力驱动式的两相环路热控系统(以环路热管为例)和机械泵驱动的两相环路热控系统(以TTCS为例)进行了优化设计和应用研究。　　论文首先对环路热管进行可视化研究，发现随着加热功率的加大，依次出现泡状流，弹状流，和环状流；环路主要位置的温度震荡，主要是由于冷凝器内的气液界面剧烈变化引起的。当气液界面向前推进时，大量的液体涌进补偿室。　　利用平板型环路热管制作了两种LED路灯。一种是一体式LED路灯，测试结果显示所制的多个平板型环路热管在水平放置时的传热性能基本一致，不存在启动问题；但当LED路灯倾斜时，各个平板型环路热管的姿态有所不一样，造成传热效果有所不同：当倾角在0°～10°时，所有的环路热管传热性能基本不变；从15°开始，有些环路热管的传热性能变差；但倾斜角在0°～30°时，大功率LED的基板结温仍保持在60℃以内，仍能保证LED芯片的正常工作。另外一种是模组化的LED路灯，对其的模拟优化结果显示翅片最佳厚度为0.5mm，最优的翅片间距在6～8mm之间；灯壳距散热器四周的水平距离应该尽量的小；底部开口的大小应该尽量与散热器在水平面投影的外缘尺寸基本一致：灯壳侧边开口的最佳开口大小在20mm，该开口应该离底部尽量高，离顶部尽量近。通过对所制的模组化LED路灯进行了长期的测试，发现某些环路热管在启动时有短暂过热现象，但持续时间短，温度低，对芯片不会造成明显损坏。在长达2个月的长期运行中，环路热管的性能一直保持较稳定。　　除了将平板型环路热管应用于LED，还可以应用于GPU等高热流密度电子元件散热。制备了双通道环路热管，并通过实验验证其比单通道环路热管的优异性，其在不同的功率下，双通道环路热管比单通道环路热管总热阻的下降幅度在20％以上。此外，制备了应用于GPU的双通道环路热管，其最佳充液量为13.0g；姿态对环路热管的蒸发器温度有明显的影响。水平且蒸发器在冷凝器上方的蒸发器温度一直比水平且冷凝器在蒸发器上方的温度要高。经过优化后，应用于GPU的双通道环路热管新样品的最佳充液量在18.0g和20.0g之间；低功率下，姿态对环路热管的蒸发器温度仍有明显影响；但在高功率下，姿态对环路热管的蒸发器温度影响已经很小；应用于GPU的双通道环路热管新样品的热阻在最佳充液量下的热阻要明显小于优化前样品。在蒸发器温度不超90℃限制下，充液量为20.0g的新样品在各种姿态下都可承受超过360W的传热量，相当于90W/cm2的热流密度，在高热流密度电子产品散热方面显示出明显的优势和良好的应用前景。　　针对硅微条探测器结构改动，对TTCS进行了重新模拟。为了AMS02系统的安全，硅微条与法兰之间有直接的物理接触的方式不可行。硅微条位置调整后、在极冷工况下，TTCS的过冷度比调整前要低5K，但流体的最低温度点出现在出口处，冷凝器内所有流体的温度比CO2工质的凝固点还高了7K左右，有一定的余量，并不需要在原有基础上再采取其它特殊措施来保证工质不被冻结。在极热工况下，新旧方案的过冷度并无明显差异。过冷度最小的时候只有5K，勉强符合过冷度的要求。尽管硅微条位置进行了调整，被控温的探测器仍温度仍能良好地符合设计要求。　　最后，对前期工作所建立的两相环路热控系统的Simulink模型(simulink_old)进一步完善。完善了TTCS的Simulink模型，包括了储液器与主回路耦合子模型、peltier热子模型以及泵的子模型。通过模拟结果显示，完善后的Simulink模型(Simulink_new)和实验测试(Test)吻合较好。更多的模拟结果尚待调试和整理。