本发明提出一种内插多孔膜汽液相分离式回路热管散热装置及其工作方法，该散热装置包括多通道蒸发器、蒸汽管道、冷凝器、液体管道和多孔膜，多通道蒸发器通过蒸汽管道和液体管道与冷凝器相连，并构成完整的工质循环通道；多通道蒸发器包括多个并行的微通道，受热面，液体联箱和蒸汽联箱，多孔膜包括亲液多孔膜和疏液多孔膜，液体联箱和蒸汽联箱分别构建于多通道蒸发器的入口端和出口端，亲液多孔膜内插在液体联箱中，疏液多孔膜内插在蒸汽联箱中。该散热装置充分利用多孔膜来抑制沸腾不稳定性，汽液分离实现液体的回流，充分润湿微通道，汽液分离后的纯蒸汽提高冷凝器的冷凝效率，从而在降低多通道蒸发器温度波动的同时提高了散热器的传热效率。