萬 意，閆 珂，董 順，辛佳磊，陳 功，張程賓

(東南大學能源與環(huán)境學院， 江蘇 南京 210096)

微型平板熱管技術(shù)研究綜述*

萬 意，閆 珂，董 順，辛佳磊，陳 功，張程賓

(東南大學能源與環(huán)境學院， 江蘇 南京 210096)

微型平板熱管是解決高熱流密度電子器件散熱的主要途徑之一。憑借優(yōu)越的導(dǎo)熱性能和恒溫特性，微型平板熱管已成為熱管技術(shù)的重要發(fā)展方向和研究熱點。近年來國內(nèi)外對于微型熱管的研究日益深入，提出了多種新型微槽道結(jié)構(gòu)。文中主要綜述了微型平板熱管的研究趨勢，有關(guān)微槽結(jié)構(gòu)改進、加工制作、管內(nèi)傳熱傳質(zhì)行為的數(shù)值模擬和實驗觀測等方面的研究進展以及新型微熱管的研制與應(yīng)用情況。

微型平板熱管；槽道；傳熱傳質(zhì)；散熱

引 言

近年來，伴隨著小型化、高功耗電子元器件散熱需求的持續(xù)增長，新興的先進微電子散熱技術(shù)蓬勃發(fā)展。其中，憑借結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱系數(shù)高以及均溫性好等優(yōu)勢，微型熱管，尤其是微型平板熱管，已經(jīng)成為微電子和傳熱傳質(zhì)領(lǐng)域的研究熱點。對于集成電路板、電子芯片、CPU等平面形狀的散熱器件應(yīng)用場合，若采用管狀熱管，就需要在散熱器件和原器件之間增加冷、熱板等外接的配合裝置。這樣不僅增加了傳熱的熱阻，而且會導(dǎo)致熱管均溫性不好、局部性能下降等問題。在這些場合，小型平板熱管具有優(yōu)勢。除了微電子制冷方向，在太空熱控制和生物醫(yī)療等方面，微型平板熱管也具有優(yōu)勢。

微型熱管(如圖1所示)是一種利用微小空間內(nèi)毛細驅(qū)動工質(zhì)蒸發(fā)-冷凝相變來實現(xiàn)傳熱的高效傳熱器件，主要由密閉容器、毛細結(jié)構(gòu)和工作介質(zhì)組成，具有結(jié)構(gòu)緊湊、導(dǎo)熱性高、恒溫性好等基本特性。在普通微型熱管基礎(chǔ)上，微型平板熱管(如圖2所示)包括殼體及貼設(shè)于殼體內(nèi)表面的毛細結(jié)構(gòu)，采用槽道互相連通的結(jié)構(gòu)能有效地減少蒸發(fā)的工作介質(zhì)之間的相互影響，從而提升其最大傳熱量，減少相對熱阻，提高傳熱性能。

圖1 微型熱管的工作原理

圖2 一種微型平板熱管

與普通熱管相比，微型平板熱管面臨著新的挑戰(zhàn)[1]：毛細極限和傳熱極限問題、邊緣效應(yīng)明顯等。目前，國內(nèi)外對微型平板熱管進行了大量的理論和實驗研究，并取得了一系列的研究成果，基于這些研究成果，性能更高、結(jié)構(gòu)各異的新型熱管得以研發(fā)，其應(yīng)用也得到推廣。本文總結(jié)了近期微型平板熱管在熱管結(jié)構(gòu)、管內(nèi)換熱及制造工藝和新型熱管研制等方面的進展，分析其發(fā)展趨勢和方向，以明確今后的研究方向。

1 微槽道吸液芯結(jié)構(gòu)

文獻[2]的計算研究表明槽芯尺寸在蒸發(fā)部分的有效導(dǎo)熱系數(shù)較低。由于大尺寸的軸向槽限制了傳熱，所以提出用硅制作熱管槽道，能達到10 μm的槽寬。結(jié)果表明硅熱管能使熱阻降低，并能使傳熱量更均勻。

文獻[3]的實驗表明，硅熱管與相同外形尺寸的光硅管相比，其功率元件和熱沉之間的熱阻能降低40%，且硅熱管的熱阻比同樣尺寸的光硅管小60%。

根據(jù)微熱管的最大傳熱能力主要受限于微槽道毛細力的大小，文獻[4-7]提出了一種不等寬三角形微槽道結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)中工質(zhì)的彎月面半徑沿軸向呈階梯狀分布。仿真證明不等寬微槽道能提供更大的液體回流速度。通過建立理論模型，得出不等寬毛細結(jié)構(gòu)的微槽道能提供較大毛細力。實際實驗也證明不等寬微槽道相對于等寬槽道能提供更大的液體回流速度，在不等寬微槽道熱管中也表現(xiàn)出明顯的單向傳熱效應(yīng)，其傳熱特性優(yōu)于一般的等寬槽道微熱管。

文獻[8-10]研究了毛細結(jié)構(gòu)對平板熱管換熱性能的影響，對3種具有同樣外形尺寸的交錯孔道、深微槽道和雙微槽道毛細結(jié)構(gòu)的銅-水平板熱管進行了系統(tǒng)的實驗研究。研究結(jié)果表明，雙微槽道熱管熱阻最小，深微槽道熱管熱阻最大。雙微槽道熱管的軸向?qū)崮芰蛷较蚓鶡崮芰ψ詈谩６钗⒉鄣罒峁芘c交錯孔道熱管的換熱性能相近。由此可見，雙微槽道熱管是最佳毛細結(jié)構(gòu)，其熱阻最小，具有最好的軸向?qū)嵝阅芘c徑向均熱性能，原因是蒸發(fā)面和冷凝面上的微槽道結(jié)構(gòu)降低了相變熱阻，強化了相變換熱。

常見的軸向槽道熱管截面如圖3所示。

圖3 常見的軸向槽道熱管截面

文獻[11-12]對矩形槽道和三角形槽道熱管的換熱性能進行了比較研究，得出3個結(jié)論：三角形槽道熱管的最佳充液率約為90%，而矩形槽道熱管的最佳充液率為70%；不同工質(zhì)在矩形槽道熱管和三角形槽道熱管中表現(xiàn)出不同的傳熱特性；矩形槽道熱管蒸發(fā)段和冷凝段的換熱性能均優(yōu)于三角形槽道熱管。

文獻[13]研究了燕尾槽(倒梯形槽)平板熱管的充液率和傾斜角度對其傳熱性能的影響，分析得出在以重力為輔助的情況下，充液率為1.2的燕尾槽平板熱管性能優(yōu)于矩形槽道熱管。

還有一種新型槽道熱管即Ω形軸向槽道熱管。文獻[14]計算出Ω形軸向槽道熱管的傳熱極限。結(jié)果表明，Ω形軸向槽道熱管具有良好的導(dǎo)熱性能和恒溫特性。作為槽道熱管發(fā)展的新生代，Ω形軸向槽道熱管換熱性能好、能耗低，應(yīng)對其做更加深入的理論研究和應(yīng)用實踐。

總結(jié)來說，矩形槽道熱管蒸發(fā)段和冷凝段的傳熱性能均優(yōu)于三角形槽道熱管；在重力輔助情況下，充液率為1.2的燕尾槽平板熱管的換熱性能優(yōu)于矩形槽道熱管，Ω形軸向槽道熱管的換熱性能更優(yōu)。Ω形軸向槽道熱管作為一種新興槽道結(jié)構(gòu)具有很好的應(yīng)用前景，其研究和實驗還在進行之中。

2 微型平板熱管傳熱性能研究

2.1 理論研究

文獻[15]對微槽截面形狀為三角形的微型熱管的蒸發(fā)傳熱過程進行了理論建模，針對單個控制體進行了數(shù)值計算。計算發(fā)現(xiàn)，對于存在加工圓角的微熱管，最小彎月面半徑和加工圓角半徑相互制約。熱管控制體的接觸角、平均蒸發(fā)熱流密度沿軸向隨壁溫的降低而減小。就傳熱特性而言，加工圓角處形成的薄液膜能大大提高工質(zhì)蒸發(fā)效率。

文獻[16-17]分別對截面為矩形的微小型槽道平板熱管和一種銅-水微小型多槽道平板熱管的流動和傳熱傳質(zhì)過程建立了二維模型，基于薄液膜理論分析了槽道中液膜厚度分布、彎月面半徑分布、管壁和液體導(dǎo)熱溫度場、氣-液軸向運動過程以及傳熱性能。文獻[18]和文獻[19-21]分別對槽道截面形狀為矩形、梯形和三角形的微小型槽道熱管進行了流動和傳熱性能的理論分析和數(shù)值模擬。發(fā)現(xiàn)管內(nèi)工質(zhì)流量在蒸發(fā)段和冷凝段呈線性變化，分布規(guī)律相反，而液體平均流速與蒸汽平均流速分布基本相同。液壓和汽壓沿軸變化相反。汽液界面彎月面半徑在不同的階段差別較大，其中在冷凝段彎月面半徑急劇增加。文獻主要考慮了汽液界面剪切摩擦力、液膜厚度和彎月面變化，建立了相關(guān)模型，有一定指導(dǎo)意義。文獻[21]采用ANSYS分析，通過比較不同功率下表面中心點的溫度值，認為梯形槽平板熱管具有更優(yōu)越的傳熱性能。

文獻[22]對SOG(Silicon On Glass)結(jié)構(gòu)的硅微型多溝道平板熱管進行了理論分析，建立了一維毛細驅(qū)動的穩(wěn)態(tài)模型。模型充分考慮了汽液分界面剪切力對工質(zhì)流動的影響，可更好地預(yù)測最大傳熱量。模型涉及熱管外觀參數(shù)和環(huán)境溫度，分析出當溝道水力直徑在500 μm或溝道寬度在300～400 μm時，微熱管具有最大單位面積有效傳熱能力。當工作溫度為333～393 K時，熱管有較好的傳熱能力，而其他溫度時，熱管傳熱能力受工作極限限制(當微熱管工作溫度小于333 K時，受到聲速極限的限制；當工作溫度大于393 K時，受到沸騰極限的限制)。

文獻[23]針對Ω形軸向槽道熱管的最大傳熱能力建立了預(yù)測模型。采用遺傳算法，分析了熱管結(jié)構(gòu)參數(shù)對最大傳熱能力的影響。分析出經(jīng)過8代優(yōu)化可以得到最佳個體，此程序設(shè)計是針對不同應(yīng)用環(huán)境和加工機械的通用性預(yù)測模型，具有通用性。文獻[24]研究了多孔毛細芯結(jié)構(gòu)的平板熱管在充液量較小(即冷凝段不發(fā)生堵塞)的條件下的情況。分析了毛細極限下熱管的最大傳熱量和熱阻變化，得出傳熱量隨絲網(wǎng)目數(shù)增加和工作溫度升高而增大的結(jié)論。同時認為以水為工質(zhì)的熱管有更優(yōu)的傳熱性。文獻[25]利用C-V方程、傅里葉導(dǎo)熱方程等對熱管主要極限(沸騰極限、毛細極限、粘性極限、聲速極限、攜帶極限等)進行了較為全面的數(shù)學計算，得出當蒸汽溫度一定時，熱管工作主要受到毛細極限的制約。

總結(jié)文獻發(fā)現(xiàn)，對于平板微熱管的理論分析多建立在數(shù)學建模和軟件模擬上，考慮了邊界影響和流動摩擦阻力，得到工質(zhì)質(zhì)量和溫度分布，分析出流動和導(dǎo)熱規(guī)律，與實驗進行比對，有助于深入研究熱管流動傳熱機理，成本低廉，效果良好，為進一步實驗和設(shè)計提供了有力參考。

對于限制熱管傳熱性能的各種極限的研究多以理論研究為主，其中毛細極限被認為是限制熱管傳熱能力的重要因素，提升毛細極限成為改進熱管傳熱傳質(zhì)效率和性能的可行措施。

2.2 實驗研究

2.2.1 現(xiàn)有微熱管實驗研究

文獻[26]從充液率、工作溫度、傾角、冷卻方式等方面對矩形槽道結(jié)構(gòu)的不銹鋼-水、銅-水微型熱管在冷凝段不發(fā)生堵塞情況下的傳熱性能進行了較全面的研究。結(jié)果表明，充液率和工作溫度對其性能影響較大，工作溫度的降低會減小當量系數(shù)，而整體當量系數(shù)可達到紫銅的5.4倍。該實驗得到的最佳充液率為1.2左右。文獻[27-28]通過類似實驗證明了深微槽平板微熱管角區(qū)較小，蒸發(fā)薄膜區(qū)較長，有利于形成汽化核心，使之擁有良好的均熱性，能提高換熱性能，同時認為水工質(zhì)優(yōu)于乙醇。

文獻[29-31]系統(tǒng)研究了重力因素對微熱管工作性能的影響。認為重力對管內(nèi)液膜的軸向分布有很大影響，在充液率較大時，重力對周向液膜分布影響明顯。熱管熱阻隨傾斜角度單向增大，此時重力會阻礙工質(zhì)回流，導(dǎo)致熱阻增大，均熱性下降。認為水平放置時，熱管擁有最佳工作性能。

文獻[32]研究了熱源差別對平板熱管散熱器傳熱性能的影響。研究表明蒸發(fā)熱阻在不均勻和均勻加熱熱源之間無明顯變化。

文獻[33]將微熱管傳熱極限的影響因素分為3類(熱管工質(zhì)物性群數(shù)NI、幾何結(jié)構(gòu)群數(shù)Ge、重力比數(shù)Hg)，針對一種微矩形溝槽熱管進行了公式擬合和毛細極限測試，并給出了優(yōu)良熱管的指標。研究表明，毛細極限與幾何結(jié)構(gòu)群數(shù)、重力比數(shù)和工質(zhì)物性群數(shù)都是正相關(guān)關(guān)系。熱管有效長度增加時，毛細極限下降。較高的溫度和合理的幾何結(jié)構(gòu)可以明顯提高熱管的傳熱能力。

2.2.2 新型微熱管實驗測試

同時有很多學者對新型微熱管進行了實驗研究：

文獻[34]通過銅絲和紫銅表面相切構(gòu)成一種新型的零切角曲面平板式微熱管。通過改變充液率、傾角、加熱功率等因素，對熱管的工作熱阻進行了分類和實驗測試。發(fā)現(xiàn)在低加熱功率下其熱阻較高，隨著功率增大，熱阻會迅速下降到一個穩(wěn)定值，出現(xiàn)局部干燒(小功率或小傾角情況)或膜態(tài)沸騰現(xiàn)象(大功率或大傾角情況)。冷凝段和蒸發(fā)段熱阻是影響微熱管總熱阻的主要因素，而該平板式微熱管中，這2種熱阻屬于小比列項，熱管總熱阻穩(wěn)定性好。

文獻[35]提出了一種具有較強軸向和徑向?qū)崮芰Φ男滦筒鄣朗狡桨鍩峁芫鶡崞?。這種均熱器可以在反重力條件下工作。實驗測得在充液量為1.0～2.0 g區(qū)間內(nèi)工作性能良好。在加熱熱流密度為305 000 W/m2時，測得的最佳充液量為1.43 g，占最大充液量的40.4%。

文獻[36]提出了一種具有整體式微槽群吸液芯的新型平板熱管。經(jīng)過FLUENT模擬預(yù)測和實驗研究對比發(fā)現(xiàn)，該平板熱管的沿槽壓降和溫降都較小，均溫性好，導(dǎo)熱系數(shù)可達到其管殼材料導(dǎo)熱系數(shù)的12.3倍，傳熱性能優(yōu)越。同時，這種熱管制造工藝簡單，選材成本低廉，采用整體式芯體，穩(wěn)定性好，可靠性高。

文獻[37]在2010年對一種新型的微型金屬絲平板熱管進行了換熱特性方面的實驗研究。這種新型熱管采用銅絲結(jié)構(gòu)，槽道由金屬絲和傳熱平板間的微縫隙代替。與傳統(tǒng)槽道式平板熱管相比，除了充液率、工質(zhì)及工作溫度以外，銅絲絲徑對熱管蒸發(fā)段傳熱系數(shù)有明顯影響。在不考慮傳熱極限時，銅絲越細，傳熱系數(shù)就越高。

根據(jù)目前新型微槽道平板熱管相關(guān)文獻[35-39]，發(fā)現(xiàn)大部分新型熱管都在毛細尺寸、槽道排列和熱管結(jié)構(gòu)等方面進行了改進以提高傳熱系數(shù)，進而提升熱管性能。經(jīng)過測試，這些微改變在一定程度上加強了傳熱效果。

微槽群的設(shè)計是現(xiàn)在微熱管散熱器設(shè)計的一個發(fā)展方向。微槽群熱管傳熱能力強，流動阻力小，制造工藝簡單，能夠產(chǎn)生整體的等溫面，均溫性好，所以得到了廣泛應(yīng)用。

微型金屬絲熱管也被提出，理論上這種設(shè)計毛細力很高且加工簡單，但缺乏大量試驗支撐，與微槽道結(jié)構(gòu)設(shè)計相比，其實用性尚未可知。

實驗研究是微型平板熱管重要的研究方式，現(xiàn)有的文獻從充液率、工作溫度、傾角、冷卻方式等方面進行了較全面的研究。

從有關(guān)文獻發(fā)現(xiàn)：

1)對于不同的工質(zhì)，充液率的最佳值不同，微熱管充裝工質(zhì)會使其溫度分布均勻；而對于同一種工質(zhì)，在不同的加熱功率下，傳熱極限(尤其是毛細極限)是影響充液率選擇的主要因素。

2)水是最常用也是相對優(yōu)良的充液工質(zhì)，通常優(yōu)于乙醇、丙酮等。

3)微熱管傾角的選擇可以作為提升微熱管性能的一種措施。當角度適合時，重力對熱管換熱有促進作用，能夠改善熱管的傳熱性能，提高冷凝段的冷凝能力。

4)工作溫度對冷凝段影響較大，較低的工作溫度能加速冷凝，通常水冷效果優(yōu)于空冷和風冷。

5)深槽道平板熱管的傳熱性能優(yōu)越。

6)平板熱管均熱性好，在厚度很小時，其傳熱效果也很好。與軸向熱管相比，平板熱管更適用于熱流密度高和均熱器熱源面積比大的情況。

3 微熱管加工工藝研究

目前對微熱管加工工藝的研究主要集中在吸液芯加工技術(shù)、槽道加工和封裝技術(shù)等方面。燒結(jié)式和焊接式是很多學者所采用和研究的加工吸液芯的方法。用燒結(jié)法加工的吸液芯具有金屬顆粒分布均勻、對稱性好、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。用燒結(jié)法制成的微熱管傳熱性能優(yōu)良。焊接式有利于加速工質(zhì)回流，形成細小槽道，借此提高傳熱性能。MEMS技術(shù)[40]是現(xiàn)在廣泛運用在微型尺度相關(guān)研究的技術(shù)，在微型平板熱管槽道的制作中使用廣泛，具有可靠性高、精度高、適于批量生產(chǎn)等優(yōu)點。封裝技術(shù)也是微熱管制造的關(guān)鍵技術(shù)，目前主流的封裝技術(shù)有旋壓法、等離子弧焊接法等。

隨著電子設(shè)備的微型化、緊湊化，設(shè)備內(nèi)部的有效空間日益減小，因此必須開發(fā)出體積較小且傳熱性能良好的超薄型微熱管，來解決電子設(shè)備散熱中的空間占用大的問題。文獻[41]探討了壓扁型超薄燒結(jié)式微熱管的整個制造工藝流程。壓扁過程采用了相變壓扁和內(nèi)部吸液芯彈塑性變形輔助壓扁相結(jié)合的工藝。實驗結(jié)果表明，壓扁式熱管極限傳輸功率最大可至25 W，同時典型超薄微熱管的壓扁厚度越大，它從加熱到達穩(wěn)定的時間就越長。

文獻[42]深入探究了燒結(jié)式微熱管吸液芯的制造工藝，采用了省時高效的定量自動微振式銅粉顆粒的填入工藝，對芯棒的固定、抽出等結(jié)構(gòu)進行了合理改進。經(jīng)過實驗測量，總結(jié)了實驗熱管合理燒結(jié)溫度(900 ℃～950 ℃)和燒結(jié)時間(30～60 min)。

文獻[43-46]對吸液芯結(jié)構(gòu)的制造采用了擴散焊分層實體制造技術(shù)，并從槽道尺寸、加熱功率及冷卻方式對新工藝的制作效果進行了實驗測試。結(jié)果表明，采用擴散焊分層實體制造的方法使槽道部分的結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，產(chǎn)生很多微小槽道，促進了液體工質(zhì)的回流，從而提升了熱管的換熱性能。

文獻[47]對微溝槽吸液芯的加工成形進行了探究，建立了微槽道高速充液旋壓成型的幾何模型。為節(jié)約材料，簡化工藝，提出了使用充液高速鋼球旋壓技術(shù)使金屬槽道拉拔成型的方法。在旋壓法和犁削法的基礎(chǔ)上，文獻[48-49]提出并嘗試了一種制造微熱管的新方法——犁削/拉拔法。該方法對微型熱管尺寸的適應(yīng)性廣，使用經(jīng)濟、方便。

為了制作出質(zhì)量更輕、效率更高的微熱管，研究人員在加工工藝方面不斷創(chuàng)新，尤其在封裝和槽道加工方面加以探索和創(chuàng)造。文獻[50]對微熱管的封裝技術(shù)，尤其是等離子弧焊接法進行了深入研究，并對一種直徑為6 mm的微熱管提出了焊接電流及時間的最佳參數(shù)，建立了基于柯西公式的焊接質(zhì)量評價函數(shù)，并認為焊接系統(tǒng)的電氣性能對焊縫成形質(zhì)量也有影響。

文獻[51]利用MEMS技術(shù)在硅基芯片上加工制作了梯形截面的微型可視化熱管?？梢暬^察結(jié)果發(fā)現(xiàn)：該熱管的啟動迅速，此時蒸發(fā)段汽塞主要由液柱斷裂形成，汽/液塞在冷熱端大幅震蕩；穩(wěn)定后，液塞大多在絕熱段和冷凝段，蒸發(fā)段脈動大，易“燒干”。實驗還觀察到蒸發(fā)段的主要流型是環(huán)狀流和半環(huán)狀流，而核態(tài)沸騰只發(fā)生在水力半徑較大的熱管蒸發(fā)段中。

4 微型平板熱管陣列

隨著器件散熱要求的不斷提升，單一微熱管由于熱輸運極限較小，已不能滿足散熱要求，人們開始考慮微熱管片的集成，形成微熱管簇。

平板微熱管陣列是一個外形為薄板狀、內(nèi)部布置有多根獨立運行的微熱管的金屬體，是具有超導(dǎo)熱性能的導(dǎo)熱元件。每個微熱管陣列內(nèi)部有十個以上獨立運行的微熱管，能夠解決常規(guī)圓形熱管使用中必然出現(xiàn)的接觸面小或多次接觸熱阻的問題，極大提高了當量蒸汽的換熱面積和整體熱管的可靠性。每根微細熱管內(nèi)還有強化傳熱的微翅構(gòu)造。這樣的結(jié)構(gòu)增大了熱管直接受熱及吸熱的面積，此外由于微細熱管的水力直徑只有 1.0 mm左右，管壁承壓能力極高，因而不易發(fā)生泄漏。還可根據(jù)實際需要靈活改變該微熱管陣列尺寸，因此熱管簇具有目前已產(chǎn)業(yè)化的常規(guī)熱管不可比擬的優(yōu)良特性。

文獻[34]利用在2塊基板間焊接金屬絲的方法，制造出“三明治”式熱管簇，并對影響該熱管傳熱性能的幾個因素如工質(zhì)種類、工作極限、傾角等進行了分析。

文獻[52]研制出結(jié)構(gòu)緊湊且?guī)в形⒔Y(jié)構(gòu)的平板微熱管陣列，并對該陣列充裝不同工質(zhì)時的傳熱性能和熱通量進行測試。實驗表明，在以甲醇、乙醇、R141b等為工質(zhì)的情況下，該平板熱管陣列具有良好的散熱效果和換熱性能，當以甲醇為工質(zhì)時，其最佳充液率為0.3。

文獻[53]還針對目前大功率LED燈的散熱問題，研制出高效散熱器件——平板微熱管陣列。實驗表明，平板微熱管陣列具有良好的熱傳送能力。利用該平板微熱管陣列設(shè)計出用于LED散熱的散熱裝置，并進行了相關(guān)的模擬研究和實驗測試。實驗結(jié)果表明，該散熱裝置具有良好的散熱效果，且基座處的溫度遠低于要求值。模擬結(jié)果與實驗結(jié)果差值在4%以內(nèi)，所以模型合理，可以用于優(yōu)化設(shè)計該散熱裝置。

文獻[52-54]討論了平板微熱管陣列的研究，認為這樣的陣列增加了相變換熱表面積，具有承壓能力好、熱運輸量大的特點。

熱管集成化會成為微型散熱元件的一個新發(fā)展方向。

5 結(jié)束語

雖然微熱管具有體積小、散熱量大等優(yōu)點且經(jīng)過多年研究，但是并沒有在市場上得到很好的普及，因為它還有一些不可避免的缺陷，例如：加工費用昂貴、報廢率高、熱管高性能工作狀態(tài)的持久性不足等。為了解決這些問題和進一步提高平板微熱管性能，微型平板熱管研究的下一步工作主要是：

1)進一步優(yōu)化和創(chuàng)新微型平板熱管內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，以減少其換熱熱阻，提升其工作效率和可靠性；

2)從理論和試驗等多方面進一步研究熱管內(nèi)部換熱工作機理，尤其針對傳熱傳質(zhì)耦合這一研究較少的領(lǐng)域加以探索；

3)對材料和元件進行熱和受力分析，嘗試新型材料，改進封裝工藝、制槽技術(shù)，減少非必要損失；

4)對熱管內(nèi)工質(zhì)流動和傳熱過程建立更加復(fù)雜的三維模型，綜合考慮流動摩擦阻力、耦合流動等特性；

5)對多個熱源在平板熱管上的分布優(yōu)化，加熱功率的選擇，最佳充液率、最優(yōu)傾角等參數(shù)的確定需要進一步的定量研究；

6)平板微熱管的集成是一個嶄新的研究領(lǐng)域，微型平板熱管陣列的設(shè)計值得進一步的探索；

7)加快從研究到生產(chǎn)應(yīng)用的周期，拓展微型平板熱管的應(yīng)用領(lǐng)域。

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萬 意(1993-)，女，主要研究方向為熱能與動力工程。

張程賓(1983-)，男，博士，講師，主要研究方向為微尺度傳熱傳質(zhì)。

Review on Flat Micro-heat Pipe Technology

WAN Yi，YAN Ke，DONG Shun，XIN Jia-lei，CHEN Gong，ZHANG Cheng-bin

(SchoolofEnergyandEnvironment,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China)

Flat micro-heat pipe (FMHP) is one of the most effective approaches for cooling the electronic components under high heat fluxes. It has become the important hotspot and development orientation of modern heat pipe technology owing to high heat conductivity and good temperature uniformity. Recently, great deals of efforts have been conducted by worldwide researchers to investigate the flat micro-heat pipe, and several geometric structures of micro groove have been proposed. This paper mainly summarizes the research progresses of FMHP, including the improvement of configuration and machining, the numerical simulation of heat and mass transfer behaviors, the related experimental observation as well as the fabrication and application of new type FMHP.

flat micro-heat pipe (FMHP); groove; heat and mass transfer; heat dissipation

2015-06-16

國家自然科學基金資助項目(51306033)

TK124

A

1008-5300(2015)05-0005-06