本文围绕着热沉-热源相对几何尺寸及封闭有限空间内沸腾-凝结共存相变换热的现象进行了较为深入的理论与实验研究，主要工作包括：建立了热沉一维传热模型，并给出了分析解和可用于热沉-热源相对几何尺寸设计的热沉最高温度的解析表达式；提出了一种可用于微电子散热的高效单向重力热管。利用热沉一维传热模型的解析解对影响热沉最高温度的两个描述热沉几何尺寸及传热特性的无量纲参数进行了分析和研究，结果表明，增大热沉相对于热源的几何尺寸可以降低热源最高温度，但随着热沉尺寸的增大其效果逐渐减弱。根据重力热管的传热特点，对用于微电子散热的热管内部结构和传热过程进行了分析，在此基础上，提出了出一种可用于微电子散热的高效单向重力传热热管，该热管可以强化蒸发段的蒸发过程和冷凝段的凝结过程，降低冷凝液回路的阻力，从而可以大幅度改进热管的传热性能。搭建了用于系统研究封闭有限空间内沸腾-凝结共存相变换热现象的实验测试平台，并采用数值模拟和实验相结合的方法验证了实验系统和数据处理方法的可靠性。作为相变腔的实验段是一个封闭的有限空间。相变腔的加热面是一个顶部具有延展薄膜的加热铜柱，设置延展薄膜的目的在于最大限度地消除沸腾边缘效应；相变腔的侧壁是透明石英玻璃管，以便于对实验现象的可视化观察；上部带水冷肋片阵列的铜柱下表面为相变腔的冷凝面，并与加热面相对。为了确认具有延展薄膜加热铜柱内一维温度分布假设和热流密度及加热表面温度推算方法的可靠性，对加热铜柱内的传热进行了数值模拟计算和实验测试，并进行了比较分析，证明了实验系统和数据处理方法的可靠性。对封闭有限空间内沸腾-凝结共存相变换热的现象与特点进行了系统的研究，重点研究了充液高度和热流密度对传热特性的影响，并结合可视化观察获得了典型的沸腾-凝结共存相变现象的图像。在沸腾面与冷凝面之间的距离固定（33mm）的条件下，得到了不同充液高度和不同热流密度条件下的传热特性，证明了存在一个最佳充液高度使得沸腾和凝结表面传热系数均达到最大值。可视化观察表明，沸腾和凝结之间存在着明显的相互作用和影响，这包括沸腾时汽泡与冷凝面及冷凝液膜的相互影响、汽泡与冷凝液滴之间的相互影响、冷凝液滴对沸腾液面的扰动等。另外，还观察到了不同于大空间沸腾时的特殊现象，包括低液位时大部分孤立汽泡脱离加热面后会“浮于”液面之上存在一段时间而不是立刻破裂、汽泡的合并过程会发生在液面之上而非液体内部以及高液位时存在的“液桥”现象等，结合传热学与汽泡动力学理论对这些现象结合典型实验图像进行了分析和讨论。研究了封闭有限空间高度对沸腾-凝结共存相变换热特性的影响，并重点对了空间高度、充液率及热流密度对传热的影响进行了研究。制作了四个不同高度的封闭有限空间试验件，得到了空间高度、充液率及热流密度对沸腾-凝结共存的相变换热特性的影响规律。通过对实验结果的分析表明，发生在不同高度有限空间相变腔内的沸腾-凝结共存相变传热过程，均存在一个最佳充液率，进一步证明了最佳充液率是封闭有限空间内沸腾-凝结共存相变换热现象的共性。可视化观察和分析表明，沸腾和凝结之间相互影响和作用的强烈程度对传热效果有明显的影响，两者之间相互影响的程度越大，对传热越有利。对加热面为肋化表面的封闭有限空间内沸腾-凝结共存的相变换热现象进行了实验研究，并对影响传热的主要因素进行了分析。所采用的肋化加热面是在带有水平延展薄膜加热面的基础上凸起的微肋（1.4×1.4×1.4mm）阵列，分别研究了两种不同的有限空间高度（48mm和33mm）在三个不同充液率条件下的传热特性。表明在30%-70%之间的充液率范围内，有限空间的传热热阻随着充液高度的增加而降低；通过对传热特性的分析，说明决定有限空间相变腔传热能力大小的关键环节是凝结传热的强弱。建立了封闭有限空间内沸腾-凝结共存相变传热的机理模型，并对影响封闭有限空间传热的因素进行了讨论和分析。结合封闭有限空间内沸腾-凝结共存相变传热的主要特点及沸腾和凝结之间相互作用的形式，建立了包含汽泡尾流的容积对流换热量、液体自然对流换热量、液滴滴落所引起的传热量以及通过液体微液层蒸发所传递的热量的传热机理模型，并对充液高度、有限空间高度以及汽泡脱离直径和频率等因素对传热的影响进行了分析和讨论，给出了各个参数之间的定量关系，阐明了两种相变过程之间的相互作用机理。