脉动热管是20世纪90年代提出的新型
热管由日本的Akachi最早提出,是极具潜力的电子器件
冷却器。与传统热管相比,其最大的特点是结构简单无芯,形状可以任意弯曲,当量
传热系数大,体积小。脉动热管是最有希望的高
热流密度,小型化和低成本的
传热元件。
脉动热管将管内抽成真空后充注部分工作介质,由于管径足够小,管内将形成气泡柱和液体柱间隔布置并呈
随机分布的状态。在蒸发端,工质吸热产生气泡,迅速膨胀和升压,推动工质流向低温冷凝端。那里,气泡冷却收缩并破裂,压力下降,由于两端间存在压差以及相邻管子之间存在的压力不平衡,使得工质在蒸发端和冷凝端之间振荡流动,从而实现热量的传递。在整个过程中,无需消耗外部
机械功和电功,完全是在热驱动下的自我震荡。
脉动热管看似结构简单,但实际运行特性十分复杂,且与常规热管有很大不同。在脉动热管内存在着许多错综复杂的气液
两相流动和
传热现象,如:气泡的核化形成过程,在蒸发端吸热膨胀并伴随着多个气泡的合并和积聚过程;在冷凝端气泡的收缩及破裂过程;管内工质压力及温度的波动所引起的
动力学不稳定性;气液两相
流型的变化过程,如泡状流、柱状流、环状流、溪状流及震荡流等的产生及转换;液桥和液阻的产生以及烧干等现象。
因此,有许多因素影响其流动和传热性能如管径、工质、充液率 、斜角 、
不凝性气体 、
热阻、传热量、重力、加热端与冷却端相对位置等。
脉动热管相对于传统热管,其优点是结构简单,成本低;体积小;热流密度可以很大而不会烧干;并可较随意的弯曲;这些传统热管所不具备的特性,决定了脉动热管在今天越来越小型化,大功率的电子器件和设备的冷却中,有着广阔的应用前景。
尤为可贵的是,对其结构和设计参数进行优化后,其运行性能基本不受重力作用的影响。因此能在重力场倒置、
微重力场及
重力场变化等环境下运行,并将在航天航空领域展示其广阔的应用前景。