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环路热虹吸管避免了传统热管的毛细极限和携带极限,同时提高了沸腾极限和粘性极限,可承受更高的热流密度,因而受到越来越多的关注且具有广泛应用前景。现有研究发现,环路热虹吸管的传热特性取决于内部两相流流型特征、沸腾和冷凝方式,外部传热条件等多种因素。其中,充液率对传热特性有重要影响,不同充液率下的热阻、均温特性、启动特性、极限热输运容量都有很大变化,在某些条件下还会出现不稳定现象,严重影响正常的传热和控温性能。本文针对环路热虹吸管的充液率和主要外部传热条件对传热性能及不稳定性开展了相关研究,主要工作如下:设计并搭建了传热实验台,系统地研究了环路热虹吸管传热特性。依据管内传热现象及特征的不同,将充液率分类为高、中、低三种范围,分析了热流密度、倾斜角、冷却水温三种因素在不同充液率下对环路热虹吸管内均温特性（η）、热阻特性(Rloop,Rsys)以及流动特性（W）的影响,并基于相变数Npch和充液率FR两个无量纲参数建立了稳定性分布图。结果表明,高、中、低三种充液率下分别存在单相流、间歇沸腾及局部瞬时蒸干的传热特征,热流密度、倾斜角及冷却水温会影响潜热与显热占比,进而对管内均温特性、热阻特性及流动特性产生复杂作用。设计并搭建了可视化实验台,研究了环路热虹吸管中不稳定性发生机理及波动特性。通过对实验结果的分析统计,定性地分析了环路热虹吸管中两相流不稳定性发生条件;通过管内流型变化与压力波动图像对比,分析了两相流不稳定现象的类型和机理;利用PSD和SD方法对蒸发段出口压力波动进行分析,获得了两相流不稳定波动特性（周期和振幅）;对比分析了不同工质时下管内两相流不稳定性特性。研究结果表明:环路热虹吸管中两相流不稳定现象发生在中等充液率、热流密度适中的工况条件;管内经历“单相流—泡状流—搅混流—泡状流—单相流”的流型周期变化,从而证明了环路热虹吸管中两相流不稳定主要由间歇沸腾引起;实验发现R134a、水、无水乙醇三种工质中都存在间歇沸腾现象,且水中间歇沸腾更加复杂。设计并搭建了基于PIV技术的流速测量实验台,研究了高充液率下环路热虹吸管的流动特性。基于温度和压力参量,阐明了高充液率下环路热虹吸管的启动特性和流动换热特性;基于高充液率下流场图像,对比分析了不同流态下环路热虹吸管内气泡泵效应,并量化了气泡尺寸对气泡泵效应的影响。结果表明,高充液率下管内主要存在泡状流和单相流两种流态,泡状流平均流速(0.144m·s-1)是单相流平均流速(0.073m·s-1)的两倍,管内气泡泵效应明显,当气泡直径增大一倍时,流场平均流速增加约32%,气泡泵效应强化对流传热是高充液率下具有较高传热性能的主要原因;另外发现,高充液率下冷态启动时存在剧烈压力波动和传播,启动和稳态工作时,管内存在微弱的热声传热。采用FLUENT VOF模型,针对环路热虹吸管开展了数值仿真分析。建立了高中低三种充液率下（83%、64%、38%）环路热虹吸管内流动和传热模型,研究了高中低充液率下全管段的传热特性和流动特性,获得了全管段速度场、温度场、体积分数的分布,进一步阐明了中等充液率下的两相流不稳定现象发生机理。仿真结果表明,64%充液率下管内间歇沸腾周期为7.7s,管内流型变化与实验结果一致;38%充液率下管内蒸发段和冷凝段分别以搅混流和珠状凝结为主,热阻小于前两者。综上,本文完成了对环路热虹吸管传热特性的系统研究,获得了充液率及外部传热条件对传热性能和不稳定性的影响规律,并揭示了内部两相流流型变化、间歇沸腾等因素在不同充液率下的相互作用机制。本研究可为进一步提高环路热虹吸管的传热性能及安全可靠性,促进环路热虹吸管应用研发提供理论指导。