20240930

在热管理领域中，高效热传递解决方案的目标持续推动着快速创新。通常情况下，一个高效的冷却系统涉及复杂的物理和力学原理，这导致了许多制造方面的挑战，包括用于冷却通道的有机先进形状、毛细结构甚至微结构通道。

近年来出现的一项突破性的传热技术是脉动热管（Pulsating Heat Pipe，PHP），也被称为振荡热管（Oscillating Heat Pipes，OHP）。它属于被动式两相热扩散/传输方案，这个家族还包括传统热管、均热板和热虹吸管等。

脉动热管是一种由封闭的高导热管路系统组成的简单设备，在真空中填充一定量的冷却剂。这些管子的水力直径小，通常呈蛇形。它们重量轻、结构紧凑，能够在很长一段时间内有效且可靠地散热。

最常见的脉动热管（PHP）冷却剂通常是水、酒精或制冷剂。与传统热管和蒸汽室不同，脉动热管在运行时不需要复杂的吸液芯结构。脉动热管利用毛细作用和动量差（由于蒸发和冷凝引起的相变）的组合来实现冷却剂的流动，从而进行热量的传输。简单来说，脉动热管的运行是以下四个阶段的循环： 1. 蒸发：热源产生的热量使脉动热管蒸发器部分的工作流体从液态变为气态，以气泡的形式出现，这些气泡可能聚集/成长为蒸汽塞。 2. 蒸汽迁移：产生的蒸汽泡和塞在压力和动量差的驱动下向脉动热管的冷凝器部分移动。 3. 冷凝：当气泡和塞到达冷凝器时，它们向周围释放热量，重新冷凝成液体。 4. 液体回流：毛细力将液体拉回到蒸发部分，完成循环。这个循环过程持续进行，在脉动热管内产生脉动运动。

下面这个视频可以帮助我们了解PHP工作时，内部液体的运动情况

脉动热管已被证明是一种强大的冷却解决方案，有许多成功案例。它们被认为非常可靠，因为它们由一个没有活动部件的封闭系统组成。此外，它们构造相当简单，因为不需要芯吸结构，并且与需要重力限制的热虹吸管相比，它们提供了更多的灵活性。

然而，脉动热管的设计挑战仍然存在，这是由于其涉及复杂的现象和间歇性的瞬态行为。通常，基于模拟的脉动热管设计依赖于降阶方法，如“弹簧和质量”模型。但是，这类方法是有限的，不能提供理解详细的脉动热管操作和改进现有设计所需的全貌。