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深空探测和载人航天科技不断深入,空间站航天员舱外保障、航天器设备和嫦娥号月昼探测亟待解决高温短期大热耗散热难题,特殊相变散热装置-水升华器是空天短期散热较为理想的热控装置,可在空间失重和交变热负荷条件可靠工作而被广泛应用于航天器热控及舱外活动保障。集成型升华驱动冷板（Integrated Sublimator Driven Coldplate,ISDC）是近期提出的新型在研水升华器,也被称为ISDC水升华器,ISDC水升华器是将升华驱动冷板（Sublimator Driven Coldplate,SDC）与循环回路驱动泵耦合,系统简单轻量,散热高效可靠,适应性好,是中国深空探测和载人航天辅助散热必然选择。多孔介质内冰-水热质传递是ISDC水升华器研发关键基础和亟待攻克难题,论文开展集成型升华驱动冷板热质传递特性理论试验和数值模拟研究,揭示多孔板结构对流体传热传质的影响规律,获得最优结构设计模型,获得热质传递临界工况-“击穿（给水直接进入真空）条件”,为新型ISDC水升华器研发提供理论基础。水升华器热质传递理论模型研究。水升华器在工作时涉及多种复杂传热传质的物理现象,建立水升华器在工作时数学模型是研究水升华器传热传质的前提。基于水升华器的工作机理,论文建立了多孔介质内固体骨架传热、流体传热以及传热耦合理论模型;建立了多孔介质内包含工质相变的流动数学模型以及用来表征多孔介质孔径的渗透率数学模型;建立了水升华器在稳定工作时质量守恒和能量守恒的数学模型;给出了水升华器在工作时发生“击穿”现象的判别方程。结构物性对SDC水升华器传热传质影响规律研究。SDC水升华器是ISDC水升华器的重要组成部分,是研发ISDC水升华器重要基础。论文数值模拟研究了给水槽道类型、泡沫铝结构参数和多孔升华管结构参数等结构物性对SDC水升华器传热传质的影响规律,提出了一种求解泡沫铝与水的有效导热系数新方法和两种给水槽道结构;槽道结构影响对比研究发现给水槽道的小槽道与多孔升华管平行时给水在多孔材料内的均匀性比较好;对确定的给水槽道类型,研究了泡沫铝以及升华管的孔径和孔隙率对SDC水升华器传热传质的影响规律,发现随着泡沫铝孔径以及孔隙率的增加,水升华器安装表面的温度越来越高,但对给水进口压力的影响很小,随着升华管孔径以及孔隙率的增加,给水进口压力逐渐减小,但对安装板表面温度的影响比较小;当泡沫铝孔隙率为0.7、升华管孔径5-6μm以及孔隙率为0.15时水升华器换热效果较好,升华管厚度约为2mm时能够有效避免“击穿”现象发生。边界特征对SDC水升华器传热传质影响规律研究。在确定SDC水升华器结构参数前提下,论文数值模拟研究了热负荷布置方式、工质状态和辐射换热等边界特征对SDC水升华器传热传质影响规律。研究发现热源功率越大、布置方式越集中,安装板表面的温度越不均匀,造成“击穿”的可能性就比较大;提出了给水掺混乙二醇（H2O-（CH2OH）2）的一种新的升华混合工质,H2O-（CH2OH）2混合升华工质理论上可有效提高水升华器换热效果,但“击穿”可能性较大,显著换热效果可望成为航天升华器重要选择;进口给水温度会影响安装板表面温度分布均匀性,给水温度越接近安装板表面平均温度,温度均匀性越小;在空天特殊任务中,太阳辐射换热量不可忽略,在安装板表面涂抹反射率比较高的材料是一种有效的辅助散热方式。ISDC水升华器装置换热规律试验研究与数值模拟。确定了SDC水升华器结构参数,在SDC水升华器的上下表面各增加一个冷板设计构成了一种新型ISDC水升华器。设计了ISDC水升华器装置传热试验系统,搭建了地面试验台,国内首次试验研究了ISDC水升华器装置换热规律,并对ISDC水升华器在循环工质系统中可能出现的散热机制进行了分类和研究;试验研究发现水升华器在单独对安装板上的电子元件或者循环回路的循环散热时散热效果非常好;同时对电子元件和循环水散热时,循环水的散热效果比较差,电子元件的散热能达到比较好的效果;循环水在大功率下低速低温流动时能配合给水升华同时为电子元件散热;循环水在小功率下高温流动时,给水升华是主要的散热方式;在基于试验研究结果,数值模拟研究了循环水流速、温度以及热源功率大小对水升华器传热的影响规律,并与试验进行了对比,两者之间的误差非常的小,因此,在合理简化时数值模拟得到的结果能够满足水升华器在工程上的应用。空天ISDC水升华器多孔热质传递理论模型和传递规律研究方法与结果填补了国内相关研究空白,为ISDC水升华器在国内成功应用奠定一定基础,可提供重要参考;首次试验证明了ISDC水升华器装置换热特性数值模拟可靠性。