脈動熱管

與傳統熱管相比,其最大的特點是結構簡單無芯,形狀可以任意彎曲,當量傳熱係數大,體積小。 脈動熱管是最有希望的高熱流密度,小型化和低成本的傳熱元件。 與常規熱管不同的是,脈動熱管內部無需吸液芯材料,因而具有結構簡單,製造容易,成本低廉的優點,現已成功套用在電力設備及微電子的熱處理5。

脈動熱管簡介

脈動熱管是20世紀90年代提出的新型熱管由日本的Akachi最早提出,是極具潛力的電子器件冷卻器。與傳統熱管相比,其最大的特點是結構簡單無芯,形狀可以任意彎曲,當量傳熱係數大,體積小。脈動熱管是最有希望的高熱流密度,小型化和低成本的傳熱元件。
脈動熱管的管徑很小(內徑一般在0.53mm2)它是由金屬毛細管彎曲成蛇形結構,彎頭一端為加熱端,另一端為冷卻端,在中間可根據需要布置絕熱段。內部抽成真空,充注一部分工作液體,工作液體在表面張力的作用下在管內形成長度不一的液柱和氣塞。其工質液體一般為水、甲醇、乙醇、氟利昂等。一般可分為開式迴路和閉式迴路兩種結構。
脈動熱管的研究現狀及趨勢 低溫冷凝端。那裡,氣泡冷卻收縮並破裂,壓力下降。這樣,由於兩端間存在壓差以及相其基本工作原理是:將管內抽成真空後充注部分工作介質,由於管徑足夠小,管內將形成氣泡柱和液體柱間隔布置並呈隨機分布的狀態。在蒸發端,工質吸熱產生氣泡,迅速膨脹和升壓,推動工質流向鄰管子之間存在的壓力不平衡,使得工質在蒸發端和冷凝端之間振盪流動,從而實現熱量的傳遞。在整個過程中,無需消耗外部機械功和電功,完全是在熱驅動下的自我震盪。與常規熱管不同的是,脈動熱管內部無需吸液芯材料,因而具有結構簡單,製造容易,成本低廉的優點,現已成功套用在電力設備及微電子的熱處理5。尤為可貴的是,對其結構和設計參數進行最佳化後,其運行性能基本不受重力作用的影響。因此能在重力場倒置、微重力場及重力場變化等環境下運行,並將在航天航空領域展示其廣闊的套用前景

運行特性及性能影響因素

脈動熱管看似結構簡單,但實際運行特性十分複雜,且與常規熱管有很大不同。在脈動熱管記憶體在著許多錯綜複雜的氣液兩相流動和傳熱現象,如:氣泡的核化形成過程,在蒸發端吸熱膨脹並伴隨著多個氣泡的合併和積聚過程;在冷凝端氣泡的收縮及破裂過程;管內工質壓力及溫度的波動所引起的動力學不穩定性;氣液兩相流型的變化過程,如泡狀流、柱狀流、環狀流、溪狀流及震盪流等的產生及轉換;液橋和液阻的產生以及燒乾等現象。因此,有許多因素影響其流動和傳熱性能如管徑、工質、充液率 、斜角 、不凝性氣體 、熱阻、傳熱量、重力、加熱端與冷卻端相對位置等。

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