针对天然气水合物孔底冷冻取样器冷源利用率低的问题,本文提出基于热管强化传热的优化方案。搭建取样装置试验台,开展岩心冷冻室内试验,初步研究热管对储冷机构与冷冻机构间传热效果的优化作用。结合传热数值模拟,进一步分析热管在取样器中的作用,探讨在海洋水合物取心工况下,不同冷源初始温度和取心长度对冷冻机构冷冻效果的影响。结果表明,热管优化结构使岩心温度分布更均匀,冷源利用率提升31.59%,岩心冷冻速率提升42.21%。使用热管强化传热,增强了天然气水合物孔底冷冻取样器的冷冻效果,对推动孔底冷冻取样器的工程应用、打破国外对水合物取样技术的垄断具有积极的意义。