随着信息与通信技术的快速发展使得数据机房数量的日益剧增,其年耗电量占全球耗电量的1.12%～1.5%(即2034～2718亿kW.h/年),同时每两年以两倍的速度增加,其中空调部分能耗占总能耗的30%～50%。降低数据机房的制冷系统的能耗成为研究热点。对于传统的数据机房空调存在耗电量大、管路系统能耗损失大、低效气流组织等缺点。热管节能技术能够高效的利用自然冷源保证数据机房空气品质的同时保证电子设备在允许的环境温度下运行,从而减少数据机房制冷系统的能耗。本文主要研究数据机房用微通道分离式热管换热特性及其节能潜力;揭示设计参数(结构参数和充液率)和运行参数(外部环境和使用环境)下系统的换热机理;以节能率分析评价利用湖水源的水冷多联分离式热管系统相对于传统机房空调系统的节能效果,优化系统控制策略,并对其节能率进行分析。首先,利用湖南大学焓差实验平台搭建微通道分离式热管的实验测试平台,研究系统的换热特性。对于风冷微通道分离式热管,主要研究分析不同工况和不同风量条件下对系统最佳充液率的影响,以及系统稳态和瞬态换热特性;对于水冷微通道分离式热管,主要分析系统的过热、两相和过冷换热量,以及系统各部分热阻特征。实验的研究结果表明,微通道分离式热管系统在不同的工况条件下具有相同的最佳充液率范围,在最佳充液率条件下,微通道分离式热管系统的蒸发段和冷凝段进出口制冷剂温差达到最小值,且系统获得最大的换热量和最小的热阻值。实验结果对微通道分离式热管系统的换热机理的解析、运行控制以及理论模型的验证,具有重要的参考意义。其次,基于能量、动量和质量守恒,建立了风冷微通道分离式热管的稳态换热模型,并与实验数据验证了模型的准确性和确定了适用性最佳的两相沸腾换热系数计算关联式。采用Gungor和Winterton经验公式的系统换热模型的相对误差最小,其平均相对误差小于5%。在此基础之上,利用模型定量分析设计参数和运行参数对系统换热性能的影响。研究结果表明,蒸发段和冷凝段内制冷剂侧换热系数获得最大值在充液率为82%时。随着高度差的增加,制冷量和制冷剂质量流量同时增加,最终,其增加值主要受高度差,换热器本身换热能力极限以及制冷剂侧压降的共同作用。根据正交分析方法分析了各个运行参数对系统制冷量的敏感性进行了分析,其分析结果表明蒸发段的进口温度和冷凝段的进口温度是主要的影响因素,蒸发段风量和冷凝段风量为次要影响因素。最后,在水冷微通道分离式热管的实验基础之上,利用能效-传热单元法建立其简化换热模型,其模型计算误差在±10%以内。其次,综合考虑环境参数、机房内服务器散热特征及制冷系统各部件的换热特征对系统能耗的影响,建立利用湖水源的水冷多联分离式热管系统的能耗模型,通过典型数据机房的能耗分析得到系统最佳的送风温度和冷水供水温度的设定值分别为24℃和15℃。同时,对该系统相对传统数据机房空调系统的节能率进行了对比分析得到,通过利用湖水源免费冷却的方式,其节能率高达64.82%,全年72%的时间可以完全利用湖水源对数据机房进行免费冷却,28%的时间可以利用湖水源对数据机房进行部分免费冷却。当数据机房内采用水冷多联分离式热管系统时,其节能率为11.28%.采用遗传算法对利用湖水源水冷多联分离式热管系统的控制策略进行优化,使得该制冷系统的能耗减少了19.5%,同时,全年93%的时间系统的运行模式为免费冷却模式。