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(1.華北電力大學(xué) 可再生能源學(xué)院，北京 102206;2.華北電力大學(xué) 低品位能源多相流與傳熱北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206)

脈動(dòng)熱管應(yīng)用技術(shù)研究進(jìn)展

牛志愿1,張偉2

(1.華北電力大學(xué) 可再生能源學(xué)院，北京 102206;2.華北電力大學(xué) 低品位能源多相流與傳熱北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206)

脈動(dòng)熱管作為一種高效的被動(dòng)式傳熱裝置，在制冷、航空航天、余熱回收、低品位能源利用等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。本文在分析國(guó)內(nèi)外大量研究成果的基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納了脈動(dòng)熱管的工作原理和影響因素，綜述了脈動(dòng)熱管技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)脈動(dòng)熱管大規(guī)模應(yīng)用所亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了分析。

脈動(dòng)熱管;高熱流密度;啟動(dòng)過(guò)溫;幾何參數(shù);充液比;工質(zhì)物性

0 引言

隨著微電子加工技術(shù)的進(jìn)步，單位面積上集成的晶體管越來(lái)越多，電子元件集成度的不斷提高，使得其單位面積熱負(fù)荷越來(lái)越大[1]。電子元件通常只能在一定的溫度范圍內(nèi)正常工作，溫度過(guò)高時(shí)會(huì)影響設(shè)備的安全運(yùn)行，為此，需要高效的散熱裝置對(duì)其進(jìn)行冷卻。脈動(dòng)熱管具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、傳熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注，在制冷、航空航天、余熱回收、低品位能源利用、干燥系統(tǒng)等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景[2- 3]。本文介紹了脈動(dòng)熱管的結(jié)構(gòu)、工作原理和影響其工作性能的主要因素，重點(diǎn)歸納了近年來(lái)脈動(dòng)熱管在計(jì)算機(jī)散熱、余熱利用及制冷等方面的應(yīng)用研究現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上分析了脈動(dòng)熱管大規(guī)模應(yīng)用所亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，為脈動(dòng)熱管設(shè)計(jì)、運(yùn)行和規(guī)模化的應(yīng)用提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 脈動(dòng)熱管的結(jié)構(gòu)、原理及影響因素

1.1 脈動(dòng)熱管的結(jié)構(gòu)

圖1 脈動(dòng)熱管示意圖Fig.1 Schematic diagram of a pulsating heat pipe

上世紀(jì)90年代初，日本人Akachi以專利形式首次提出脈動(dòng)熱管(Pulsating Heat Pipe， PHP)[4]，又稱為振蕩熱管(Oscillating Heating Pipe, OHP)、自激振蕩流熱管等。如圖1所示，脈動(dòng)熱管由蛇形毛細(xì)管組成，包括若干直管段和彎頭，一般情況下分為蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段。脈動(dòng)熱管有三種基本形式，即閉式回路型脈動(dòng)熱管、帶單向閥的閉式回路型脈動(dòng)熱管及開路型脈動(dòng)熱管。

1.2 脈動(dòng)熱管的工作原理

將脈動(dòng)熱管抽真空后，按一定的充液率充入工質(zhì)，對(duì)脈動(dòng)熱管的蒸發(fā)段進(jìn)行加熱，當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，部分工質(zhì)蒸發(fā)產(chǎn)生汽泡，形成間隔分布的液柱和氣塞，同時(shí)使蒸發(fā)段的壓力升高，蒸發(fā)段和冷凝段產(chǎn)生壓力差，從而提供工質(zhì)流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。蒸發(fā)段相鄰?fù)ǖ赖墓べ|(zhì)蒸發(fā)過(guò)程具有非同步性，會(huì)在相應(yīng)的通道之間形成壓力差，該壓力差會(huì)推動(dòng)工質(zhì)(液柱和氣塞)從一個(gè)彎頭經(jīng)絕熱段流向另一個(gè)彎頭，從而形成脈動(dòng)熱管的回復(fù)力。在驅(qū)動(dòng)力和回復(fù)力的相互作用下，形成了工質(zhì)在蒸發(fā)段和冷凝段之間的局部振蕩流動(dòng)和脈動(dòng)熱管整體的循環(huán)流動(dòng)。流動(dòng)的工質(zhì)同時(shí)以顯熱和潛熱的形式將熱量從蒸發(fā)段傳遞到冷凝段，實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。

1.3 影響脈動(dòng)熱管性能的主要因素

與傳統(tǒng)熱管相比，脈動(dòng)熱管雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于同時(shí)存在顯熱和潛熱傳熱，局部脈動(dòng)和整體流動(dòng)[5-6]以及熱能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，使得壓力、速度、位移和溫度發(fā)生脈動(dòng)，導(dǎo)致其工作機(jī)理十分復(fù)雜。影響脈動(dòng)熱管傳熱性能的主要因素包括脈動(dòng)熱管的管徑、彎頭數(shù)、充液率、傾斜角度及工質(zhì)物性等。

1.3.1 管徑的影響

脈動(dòng)熱管對(duì)管內(nèi)徑的大小有一定要求，Akachi認(rèn)為，管內(nèi)徑最大值需滿足方程[7]

(1)

式中Dc——臨界內(nèi)徑；

σ——表面張力;

ρl、ρv——液相密度和氣相密度；

g——重力加速度。

這一準(zhǔn)則是根據(jù)毛細(xì)管內(nèi)液塞-汽泡系統(tǒng)中表面張力和重力的平衡方程推演而來(lái)的。當(dāng)脈動(dòng)熱管內(nèi)徑大于該臨界內(nèi)徑時(shí)，汽泡會(huì)在重力的影響下，上升至液面而無(wú)法形成穩(wěn)定的液柱-氣塞系統(tǒng)，脈動(dòng)熱管也就無(wú)法啟動(dòng)。Dobson等[8]認(rèn)為脈動(dòng)熱管存在最小臨界內(nèi)徑，即

(2)

如果脈動(dòng)熱管的內(nèi)徑太小，管內(nèi)流動(dòng)阻力就會(huì)顯著增加，從而加大脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)難度，影響其脈動(dòng)效果。

Yang等[9]認(rèn)為，式(1)和式(2)僅適用于圓管，對(duì)于非圓截面的脈動(dòng)熱管并不準(zhǔn)確，且由于存在尖角，非圓截面的脈動(dòng)熱管臨界直徑要大于圓管的臨界直徑。

1.3.2 充液率的影響

充入工質(zhì)的體積占脈動(dòng)熱管總?cè)莘e的百分比稱為充液率(Fr)。充液率的大小直接影響脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)和傳熱性能。充液率通常在20%～80%之間，當(dāng)Fr小于20%時(shí)，脈動(dòng)熱管容易發(fā)生燒干現(xiàn)象；當(dāng)Fr大于80%時(shí)，脈動(dòng)現(xiàn)象微弱，傳熱效果差。

脈動(dòng)熱管存在一個(gè)最佳充液率，在該充液率下，脈動(dòng)熱管的傳熱性能最好。脈動(dòng)熱管概念剛剛提出時(shí)，Akachi等[4]認(rèn)為最佳充液率應(yīng)大于50%。Khandekar等[10]分別采用水、乙醇和R-123對(duì)比研究了充液率的影響，結(jié)果顯示水的最佳充液率為15%，乙醇最佳充液率為20%，R-123的最佳充液率為50%。大量的研究表明，最佳充液率與脈動(dòng)熱管的結(jié)構(gòu)尺寸、工質(zhì)種類、加熱功率、加熱位置和傾角有關(guān)。

1.3.3 傾斜角度和彎頭數(shù)影響

張顯明等[11]以3個(gè)彎頭的紫銅脈動(dòng)熱管為實(shí)驗(yàn)件，以FC-72為工質(zhì)，研究了傾斜角度對(duì)脈動(dòng)熱管傳熱性能的影響，結(jié)果顯示，當(dāng)傾斜角度θ=0°時(shí)，脈動(dòng)熱管熱阻很高，傳熱性能很差；當(dāng)傾斜角度θ≤10°時(shí)，傳熱性能對(duì)傾斜角度極為敏感，工作不穩(wěn)定；當(dāng)30°≤θ≤90°時(shí)，傾斜角度對(duì)脈動(dòng)熱管的產(chǎn)熱性能影響很小，脈動(dòng)熱管性能穩(wěn)定。

彎頭數(shù)的多少直接影響管內(nèi)氣液兩相分布及脈動(dòng)熱管的脈動(dòng)幅度，從而影響脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)特性和傳熱性能。Akachi等[7]研究表明脈動(dòng)熱管的彎頭數(shù)存在一個(gè)臨界值，當(dāng)彎頭數(shù)大于該臨界值時(shí)，脈動(dòng)熱管的熱阻與傾斜角度無(wú)關(guān)，他們通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出的臨界彎頭數(shù)為80。Charoensawan等[12]也通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該臨界值的存在，并進(jìn)一步指出，臨界彎頭數(shù)與脈動(dòng)熱管的內(nèi)徑、工質(zhì)種類和加熱功率有關(guān)。當(dāng)彎頭數(shù)小于臨界值時(shí)，傾斜角θ=0°時(shí)脈動(dòng)熱管傳熱性能極差，甚至無(wú)法啟動(dòng)，隨著彎頭數(shù)的增加，脈動(dòng)熱管更容易啟動(dòng)，傳熱性能更好，運(yùn)行也更加穩(wěn)定。

1.3.4 工質(zhì)熱物性的影響

工質(zhì)熱物性對(duì)脈動(dòng)熱管傳熱性能具有重要影響，為獲取較高的傳熱性能，工質(zhì)一般應(yīng)滿足以下要求：

(1)(dp/dT)sat應(yīng)盡可能大[13]，這使得即使溫度僅發(fā)生微小變化時(shí)，蒸發(fā)段和冷凝段產(chǎn)生的壓力差盡可能大，有利于脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)和運(yùn)行。

(2)汽化潛熱適當(dāng)、比熱盡可能大。脈動(dòng)熱管以顯熱、潛熱兩種方式傳遞熱量，zhang等[14]研究發(fā)現(xiàn)，以顯熱形式傳遞的熱量沾90%以上，潛熱傳熱僅占不到10%，較小的汽化潛熱不僅有利于氣泡在蒸發(fā)段生成和聚合，也有利于汽泡在冷凝段冷凝破裂，從而有利與工質(zhì)的震蕩與流動(dòng)，傳熱能力也越強(qiáng)，但當(dāng)潛熱過(guò)小時(shí)，容易發(fā)生蒸干。比熱大，單位流體攜帶熱能能力強(qiáng)，也有利于熱量的傳遞。

(3)動(dòng)力粘度小。動(dòng)力粘度小的工質(zhì)流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的剪切力小，脈動(dòng)熱管容易啟動(dòng)。

(4)表面張力適當(dāng)。表面張力越小，工質(zhì)流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的附加壓降越小，有利于脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行；而較大的表面張力有利于形成氣液相間分布，因此表面張力的影響有待進(jìn)一步研究。

2 脈動(dòng)熱管應(yīng)用技術(shù)研究現(xiàn)狀

盡管脈動(dòng)熱管的理論并不是很完善，但這并沒(méi)有影響到脈動(dòng)熱管的應(yīng)用技術(shù)研究。目前，脈動(dòng)熱管在電子器件的散熱、能量收集、干燥以及冷凍等領(lǐng)域已有初步應(yīng)用并顯示出巨大的應(yīng)用潛力和發(fā)展前景。

2.1 CPU散熱器

目前脈動(dòng)熱管散熱器主要有翅片式脈動(dòng)熱管、柔性連接熱管和平板式脈動(dòng)熱管等。Yury等[15]設(shè)計(jì)了一種如圖2所示的脈動(dòng)熱管式電子元件散熱器，其尺寸為105 mm×100 mm×60 mm，散熱翅片面積為1 670 cm2，重量為350 g，整體呈螺旋形，風(fēng)扇位于螺旋內(nèi)部。脈動(dòng)熱管使用5.6 m長(zhǎng)的銅管制成，銅管內(nèi)徑1.2 mm，外徑2 mm，共17個(gè)彎頭。該散熱器的熱端(蒸發(fā)端)為銅基受熱板，冷端(冷凝端)連接熱沉將熱量釋放到環(huán)境中。

圖2 回路型脈動(dòng)熱管散熱器[15]Fig.2 PHP-type cooler developed by Yury et al.[15]

他們采用水、甲醇和R141b為工質(zhì)對(duì)該散熱器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果顯示，當(dāng)熱負(fù)荷為250 W時(shí)，以水和甲醇為工質(zhì)時(shí)散熱器的熱阻最小，為0.32℃/W，此時(shí)熱流密度分別是17.8 W/cm2、13.6 W/cm2，熱交界面處最大熱流密度達(dá)125 W/cm2。當(dāng)采用頂部加熱，只有以水為工質(zhì)時(shí)，散熱器無(wú)法啟動(dòng)，顯示其具有較大的靈活性。

圖3 HLHS散熱器[16]Fig.3 Heatlane Heat Sink[16]

Scythe公司利用Heatlane技術(shù)開發(fā)了板式脈動(dòng)熱管CPU散熱器(Shogun Heatlane CPU Cooler)[16]，具有散熱效率高、噪音低、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。Yokohama等[16]實(shí)驗(yàn)研究了TS Heatronics公司研制的脈動(dòng)熱管式散熱器(如圖3示，作者稱之為Heatlane Heat Sink，HLHS)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相同的工作環(huán)境下，HLHS的傳熱熱阻比傳統(tǒng)的銅基散熱器體積減小18%，重量減小48%，翅片效率提高58%，并且在震動(dòng)(X、Y、Z三個(gè)方向)環(huán)境中，仍能夠無(wú)故障運(yùn)行；此外，由于重力會(huì)影響HLHS的性能，所以HLHS的應(yīng)用具有一定局限性。

2.2 混合動(dòng)力汽車大功率晶體管散熱

混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境惡劣，溫度較高。絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)只能在低于一定溫度(80～85℃)[17]的環(huán)境中工作。溫度每升高10℃，半導(dǎo)體元件可靠性就會(huì)降低50%[18]。因此必須對(duì)混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車中的IGBT進(jìn)行冷卻。Burban等[19]使用銅管制作了開路型脈動(dòng)熱管，工質(zhì)分別為丙酮、甲醇、正戊烷和水。研究結(jié)果顯示，加熱功率為400 W時(shí)，脈動(dòng)熱管的熱阻為0.13 ℃/W，冷凝段和蒸發(fā)段溫差為50℃。且該脈動(dòng)熱管具有很高的可靠性和復(fù)現(xiàn)性。

2.3 質(zhì)子交換膜燃料電池冷卻

Clement等[20]設(shè)計(jì)了用于冷卻質(zhì)子交換膜燃料電池堆的脈動(dòng)熱管，該脈動(dòng)熱管使用半徑為3.1 mm的銅管制成，其長(zhǎng)為46.8 cm，寬為14.7 cm，實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示，脈動(dòng)熱管蒸發(fā)段和冷凝段長(zhǎng)度相同，分別以丙酮、甲醇、去離子水為工質(zhì)，測(cè)試了脈動(dòng)熱管的傳熱性能。結(jié)果顯示：以甲醇為工質(zhì)，充液率為45%，加熱功率為120 W時(shí)，脈動(dòng)熱管從啟動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)行所需的時(shí)間最短，蒸發(fā)段與冷凝段的穩(wěn)態(tài)溫差最??；該尺寸的脈動(dòng)熱管適合安裝在200 cm2的燃料電池中，冷卻功率在100～120 W之間。

圖4 Clement等的實(shí)驗(yàn)件[20]Fig.4 The test section by Clement et al[20]

2.4 脈動(dòng)熱管式太陽(yáng)能集熱器

Rittidech等[21]對(duì)應(yīng)用了開路型脈動(dòng)熱管的板式太陽(yáng)能集熱器進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示。脈動(dòng)熱管以R134a為工質(zhì)，蒸發(fā)段布置在面積為2.0 m×0.97 m的集熱板下，冷凝段布置在水箱中。結(jié)果顯示，集熱器效率約為62%，與傳統(tǒng)熱管式集熱器相當(dāng)，并具有耐腐蝕、防凍的優(yōu)點(diǎn)。

圖5 脈動(dòng)熱管式集熱器[21]Fig.5 PHP-type solar collector[21]

Arab等[22]使用內(nèi)徑2 mm的銅管制作了具有6個(gè)彎頭的超長(zhǎng)脈動(dòng)熱管(Extra-long PHP,EL-PHP)，其蒸發(fā)段、冷凝段長(zhǎng)度分別為0.8 m、0.9 m，絕熱段長(zhǎng)度從0.7 m到1.8 m變化。以蒸餾水為工質(zhì)，充液率分別為30%、50%和70%，研究了該脈動(dòng)熱管在太陽(yáng)能熱水器(Solar Water Heaters,SWH)中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，充液率為70%的EL-PHP-SWH運(yùn)行穩(wěn)定性最好，持續(xù)運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)。進(jìn)一步研究表明，70%的EL-PHP-SWH的效率為53.79%，而傳統(tǒng)熱虹吸SWH的效率為31%～36%。

2.5 脈動(dòng)熱管式熱量回收裝置

圖6 脈動(dòng)熱管空氣預(yù)熱器[23]Fig.6 PHP-type air-preheater[23]

如圖6所示，Rittidech等[23]設(shè)計(jì)了適用于干燥器的脈動(dòng)熱管式空氣預(yù)熱器(Closed-ended oscillating heat-pipe air-preheater)。包括箱體及脈動(dòng)熱管式空氣預(yù)熱器(空預(yù)器)兩部分，空預(yù)器由32套CPHP組成，每套有8個(gè)彎頭，蒸發(fā)段和冷凝段的長(zhǎng)均為190 mm，毛細(xì)管內(nèi)徑為2 mm。

圖7 實(shí)驗(yàn)裝置流程圖Fig.7 Test rig:1-dryer;2-PHP air-preheater;3-gas burner;4-data logger[23]

如圖7所示，從干燥器箱體1出來(lái)的熱空氣流經(jīng)空預(yù)器2的蒸發(fā)段，熱風(fēng)中的余熱轉(zhuǎn)移到空預(yù)器2中；冷空氣流經(jīng)空預(yù)器2的冷凝段，冷卻空預(yù)器的同時(shí)將熱量從預(yù)熱器2帶到氣體燃燒器3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該裝置能夠有效節(jié)能。

2.6 脈動(dòng)熱管用于高速冷凍技術(shù)領(lǐng)域

在低溫生物學(xué)領(lǐng)域，為了避免細(xì)胞內(nèi)形成冰而損傷細(xì)胞，生物材料玻璃化過(guò)程中必須采用超高速的冷凍技術(shù)(冷凍速率可達(dá)到103～104℃/min[24])，目前使用的方法，如開放式拉管法、微滴法、冷凍環(huán)法等，都需要低溫防護(hù)劑。防護(hù)劑在使用過(guò)程中會(huì)滲透進(jìn)細(xì)胞，將其從細(xì)胞內(nèi)清除是非常困難的[25]。脈動(dòng)熱管傳熱熱流密度很高，在低溫生物學(xué)領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力，對(duì)低溫型脈動(dòng)熱管及其在低溫生物學(xué)領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)理論的研究及技術(shù)應(yīng)用的開發(fā)具有重要意義。

Han等[26]設(shè)計(jì)了一個(gè)以液氮為工質(zhì)的低溫型脈動(dòng)熱管,其整體結(jié)構(gòu)如圖8所示，他們對(duì)其進(jìn)行了理論分析與實(shí)驗(yàn)研究。理論分析表明，蒸發(fā)段傳熱系數(shù)理論上可達(dá)到1.2×106W/m2·℃，冷卻速率可以達(dá)到106～107℃/min。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果顯示，該低溫型脈動(dòng)熱管的傳熱系數(shù)最大為2×105W/m2·℃。該結(jié)果表明低溫型脈動(dòng)熱管在低溫生物保存技術(shù)領(lǐng)域的巨大潛力。

Jiao等[27]實(shí)驗(yàn)研究了以液氮為工質(zhì)的低溫型脈動(dòng)熱管。如圖8所示，該脈動(dòng)熱管使用內(nèi)徑為1.65 mm,外徑3.18 mm的合金銅管制成，有8個(gè)彎頭，蒸發(fā)段為4×18.5 cm，冷凝段為6×18.5 cm，絕熱段長(zhǎng)10 cm。

圖8 Jiao等的實(shí)驗(yàn)裝置[27]Fig.8 Experimental setup by Jiao[27]

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：加熱功率從22.5 W增加到321.8 W時(shí)，脈動(dòng)熱管的熱阻從0.256 ℃/W降低到0.112 ℃/W(降低了56.25%)；穩(wěn)定運(yùn)行后，增大加熱功率會(huì)使脈動(dòng)熱管從穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)，最后進(jìn)入新的穩(wěn)定狀態(tài)，該過(guò)程可以分為三個(gè)階段：(1)不穩(wěn)定階段；(2)過(guò)渡階段；(3)新的穩(wěn)定狀態(tài)，運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)變可在12 min內(nèi)完成。當(dāng)加熱功率變化時(shí)，蒸發(fā)段和冷凝段的溫度變化幅度相同，但蒸發(fā)段的溫度變化較小。

除上述應(yīng)用領(lǐng)域外，也有文獻(xiàn)研究了脈動(dòng)熱管在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，如LED的散熱[28]，空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)余熱回收[29]等。

3 結(jié)論及展望

脈動(dòng)熱管的運(yùn)行不需要外部動(dòng)力系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，具有巨大的應(yīng)用潛力。同時(shí)，由于涉及顯熱與潛熱傳遞及熱能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，其運(yùn)行機(jī)理也十分復(fù)雜，盡管脈動(dòng)熱管應(yīng)用技術(shù)研究已取得一定進(jìn)展，但仍需對(duì)以下問(wèn)題進(jìn)行更深入的研究：

(1)傳統(tǒng)脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)需要一定的啟動(dòng)過(guò)溫，過(guò)高的啟動(dòng)溫度容易造成被冷卻器件過(guò)熱損壞，為此，需深入研究降低脈動(dòng)熱管啟動(dòng)過(guò)溫的新技術(shù)和新方法。

(2)脈動(dòng)熱管運(yùn)行中存在溫度的脈動(dòng)，需研究減小運(yùn)行過(guò)程中溫度脈動(dòng)幅度的方法，增加其運(yùn)行穩(wěn)定性，以防大幅度溫度脈動(dòng)導(dǎo)致的熱疲勞損壞。

(3)基于工質(zhì)物性及幾何結(jié)構(gòu)對(duì)脈動(dòng)熱管傳熱性能的影響，需研究蒸發(fā)段沸騰傳熱及冷凝段凝結(jié)換熱的強(qiáng)化傳熱新方法，減小傳熱熱阻。

(4)研究外界擾動(dòng)如震動(dòng)、離心旋轉(zhuǎn)及重力場(chǎng)變化等對(duì)脈動(dòng)熱管啟動(dòng)和性能的影響，為脈動(dòng)熱管技術(shù)在多種環(huán)境條件下的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

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AdvancesintheApplicationTechnologyofPulsatingHeatPipe

NIU Zhi-yuan1,ZHANG Wei2

(1.School of Renewable Energy,North China Electric Power University,Beijing 102206,China;2.Beijing Key Laboratory of Low Grade Energy Multiphase Flow and Heat Transfer,Beijing 102206,China)

Pulsating heat pipes (PHPs) are passive, high-efficient heat transfer devices for ultra-high-flux heat dissipation. PHPs have great potential in the application of refrigeration, aerospace, waste heat recovery and low-grade energy utilization. Based on the analysis of existing research, working mechanisms and influencing factors of PHP are summarized. Current status and future prospects of application technology of PHP are reviewed. Scientific and technological problems required to be resolved for further application are analyzed.

pulsating heat pipe; geometry parameter；filling ratio；physical property of working fluid；application technology

2013-05-22修訂稿日期2013-07-29

國(guó)家自然科學(xué)基金(51006035);北京市自然科學(xué)基金(3132018);中央高校科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)資金(12MS35);教育部留學(xué)回國(guó)人員科研啟動(dòng)基金資助

牛志愿(1985～)，男，碩士，研究方向低品位能源高效熱利用、高熱流密度電子芯片冷卻技術(shù)。

TK172.4

A

1002-6339 (2014) 01-0022-06