随着航天探测及电子信息产业的不断发展,传统散热器已难以满足高热流密度、高均温性的控温需求。环路热管作为一种利用工作流体流动相变实现热量传输的高效换热装置,因其具有传热能力强、柔性连接、传输距离长、可靠性高、无运动部件及无需外力驱动等优点,在航天热控领域及高热流电子产品散热领域有着广阔的应用前景。由环路热管运行原理可知,蒸发器及储液器作为环路热管的核心部件,其内部工质的流动及换热情况将直接影响整机系统的运行状况,而热载荷及工质充装量将直接影响蒸发器及储液器内部的工质分布及流动状态。基于背景需求及文献调研分析,本文从工质充装量及热载荷施加方式等方面研究了蒸发器和储液器内工质状态对环路热管包括启动、稳定运行及传热性能的影响。首先本文设计了依靠“O”形密封圈结合法兰连接方式实现密封的蒸发器及储液器耦合结构,并基于高速摄像机和常温试验台搭建了环路热管蒸发器及储液器可视化实验系统。随后通过品质因数选出高传热性能的新型环保制冷剂R245fa作为工作流体,并根据设计工况通过环路热管整机压降模型对样机在各工况下的压降进行校核,以确保样机能够正常运行。可视化实验分别研究了热载荷施加方式（底部加热、顶部加热及双面加热）、热载荷大小（10 W-50 W热载荷）及工质充装量（50%-80%工质充液率）对环路热管运行状态的影响。最后在可视化实验基础上,建立蒸发器及储液器耦合结构数学模型,模型包含多个计算域,并考虑重力因素。模型在毛细芯区域充分考虑达西渗透及毛细抽吸效果,提出依据工质气液过渡区域相梯度施加毛细动力的方法以模拟毛细芯抽吸过程。蒸发器及储液器仿真模型的建立为环路热管的设计提供了一定的参考价值。通过实验及仿真得出以下结论:热载荷施加方式直接影响热量向蒸发器内部传递过程,进而影响热管的启动过程;环路热管稳定时传热性能受加热方式及热载荷大小的共同影响,随着热载荷的增大,环路热管系统的传热性能不断提高,较低热负荷时,单侧加热的方式热管系统传热性能优于双面加热,而在较高热负荷时则双面加热的方式下热管传热性能更佳;随着热载荷的增大,蒸发器中心通道内部工质气液界面升高,成核数量逐渐增加,不同加热方式下气液界面高度和成核数量影响蒸发器向储液器的漏热,进而影响环路热管的性能。工质充装量直接影响了环路热管内工质的分布状况,从而影响环路热管的启动过程,较低充液率下冷凝器进口出现明显的温度波动现象,随着工质充装量增加,温度波动现象消失,且环路热管的启动速度变快;环路热管整机系统传热性能随充液率呈现V形变化,存在最佳充液率,实验样机最佳充液率在70%附近,最小传热热阻为0.52 K/W;工质充装量和热载荷能影响储液器内工质状态及其内部压力,进而影响环路热管整机传热性能。通过仿真模拟可知,蒸发器及储液器内部工质的流动与换热过程受到热载荷大小、回流液体流速和温度及蒸发器向储液器的漏热等多种传热机制影响,同时引液管结构对蒸发器及储液器内部工质流动及换热过程有较大影响,在环路热管设计中应采用引液管结构。