现代高新技术的发展，存在着许多高热流密度，甚至超高热流密度的场合，因此，高热流密度的散热问题显得越来越重要。目前较为成熟的强化冷却方式，包括强迫风冷、强迫液冷、水池沸腾、喷雾冷却、微槽道冷却以及微射流阵列冷却等，均属于基于工质物理相变的物理热沉冷却方法，受到工质汽化潜热能力的限制，已经无法满足超高热流密度，比如超高温反应釜、超高温燃气轮机发动机、超高马赫数推进器、大功率激光泵等极端物理条件的散热需要。因此，从20世纪60年代开始，美国开展了以化学热沉作为散热方式的研究，许多研究着眼于将化学吸热反应应用于冷却的方法，例如，成功地将乙醇脱水制乙烯的吸热反应应用于列管式换热器，带走热量，避免结焦；将甲烷的吸热重组反应应用于燃气轮机叶片的内部冷却等等。伴随着大马赫数飞行器的研究，化学热沉方式更具有普通换热不可替代的地位，但是目前化学热沉的研究都着眼于复合链分解吸热的长链碳氢燃料，应用于其他场合具有较大的局限性。对化学吸热反应的研究起步较晚，研究领域较窄，对于超高热流密度快速散热的理论研究没有深入，热量传递时间控制问题更是很少涉及，更需要从传热角度进行理论探索和研究。针对以上问题，本文提出化学/相变复合传热新思路，采用活性碳-二氧化碳水合物作为冷却介质，利用化学热沉快速移除热量。该过程中，有三个步骤会吸收系统中的热量：二氧化碳水合物汽化分解吸收热量；混合物相变以及升温至反应温度吸收热量；碳与二氧化碳及水发生吸热反应吸收热量。其中，吸热反应吸收的热量占吸收总热量的主要部分。理论计算得知，单位摩尔水合物通过该过程吸收的热量是等量的水汽化潜热的10倍，另外，反应产物一氧化碳和氢气可以作为高热值燃料再次循环使用，相当于将能量从一种工质转移到另一种工质，为能量循环使用提供了必要的条件，同时，由于反应时间的可控性，从根本上解决了瞬间热移除的问题。本文采用理论计算、数值模拟与实验验证三者结合的方法，重点研究了C-CO2化学吸热反应。理论计算结果表明，C-CO2化学吸热反应的散热能力远大于水相变的散热能力，同时，反应非常迅速，当达到一定温度时（1400K左右），反应时间可以达到百分之一秒数量级。模拟计算了在高热流密度条件下，运用C-CO2化学吸热反应进行散热的结果，与理论计算的结果相符，说明了数值模拟的有效性。高温热基板喷射冷却数值模拟结果表明：CO2进气速度一定时，热基板表面温度随着碳粉喷射速度的增加而降低；碳粉喷射速度一定时，热基板表面温度随着CO2进气速度的减小而降低。通过自行设计的喷射冷却实验平台，探究将碳与二氧化碳吸热反应应用于实际散热的初步可行性。实验结果表明：在高温下，利用该吸热反应，可以达到降温的效果。