文 献 综 述

一 课题背景

电子、微电子设备的小型化集成化已成为技术发展的趋势，而随着集成化程度的提高，单位面积的散热功率增大，恶劣的热环境将会严重影响电子元件的功能和使用寿命，热问题正在逐步的尖锐化。研究表明，单个电子元件的温度每升高10℃，系统的可靠性将降低50%，超过55%的电子设备的失效形式是由温度过高引起的^[1]。因此，电子设备的可靠性及其性能需要有良好的散热手段来保证。根据现在的世界能源形式报告分析，”第三次工业革命”将会拉开序幕，而此次革命的核心将会是能源问题。绿色能源也将会越来越受到重视，这不仅仅体现在新能源的开发方面，现有能源消耗形式的改造也是很重要的一环，这在很大程度上需要通过有更加优良的热量传递手段来实现。在传热方面，热管换热技术已经比较成熟，而且在相当多的领域都有应用。振荡热管技术是热管家族中最新也是最独特的，其导热能力远远超过任何已知金属，它同时具有结构简单、紧凑高效、轻便、热响应快等优点，被视为目前空冷强迫对流解决微小空间高热流密度散热方案中一种极具前途的传热元件，得到了全球科学界和工程界的高度关注。脉动热管自上世纪九十年代问世以来，经过近20年的发展，已经应用在很多方面。

脉动热管是Akachi于上世纪九十年代提出的一种新型热管，其运行机理和传热特性与传统热管有很大不同。自1990年以来，其后的近10年间，研究进展相对比较缓慢。1999年在日本举行了第11届国际热管会议。在此次会议上，GiK采用毛细玻璃制作了振荡热管，可定性地观察到了汽弹和液弹在玻璃管内上下振荡，引起了与会者极大的兴趣。目前，振荡热管技术的研究还多处于理论研究状态，并且理论研究刚刚起步，研究成果比较少。ZJZ Zou将振荡热管内部汽液组成简化为一个质心运动，建立了单弹簧-质量-阻尼系统模型，通过求解二阶微分方程来描述热传递过程中质心振荡随时间的变化规律。在单弹簧系统的基础之上，TN Wong提出了”多弹簧-质量阻尼器”模型，这一模型利用了逼近法研究了气塞和液柱的动力特性。M B Shafii等利用质量、动量、能量守恒的基本方程组建了具有开端和封闭管路的薄液膜蒸发、厚液膜冷却模型，得到了近似的周期性解^[2]。管内工质也从单一的水等发展到了两种工质同时工作层面。崔晓钰、翁建华等人于2004年共同研究了铜-水振荡热管的传热特性^[3]；史维秀、李维毅等人用乙醇水混合溶液为管内工质，研究了在充液率为50%的情况下，多环路脉动热管的传热特性和机理。研究发现，充液率、管径大小、压力、重力以及管的形状等都会对热量的传递有很大的影响^[4]。

实验研究方法的主要内容之一是脉动热管内部两相流动的流型及运动过程的可视化研究。Schneider等大部分学者观察到的脉动热管的主要流型式弹装流。实验方法的另一个内容是对包括充液率、断面形状、尺寸、工质、倾角等在内的多种影响因素与脉动热管传热性能的定量关系的测量^[5]。

目前国内外的脉动热管研究方法包括理论研究、实验研究以及建模^[6]。脉动热管作为新兴的传热元件，以其独特的优势正在各个领域得到应用。对脉动热管性能的研究以及优化具有很大的潜在价值和社会意义。

二 脉动热管

2.1脉动热管工作原理

振荡热管也是热管的一种，一般的热管是依靠两相热虹吸原理工作的超导元件。普通热管的工作原理如图1所示^[7]：

图1 普通热管原理