[实用新型]一种基于液态金属混合工质的脉动热管

说明书

本实用新型提供一种基于液态金属混合工质的脉动热管，包括三通充液口和集成加热段、绝热段、冷凝段的毛细通道阵列，所述三通充液口的两个水平方向上的通口与毛细通道阵列的两个端口相连接，所述毛细通道阵列的内表面具有由表面改性技术处理得到的微结构表面，所述毛细通道阵列内的工质是主要由液态金属及与液态金属兼容的兼容流体组成的混合工质，所述兼容流体在微结构表面上形成汽垫和涡流。本实用新型的微结构表面上形成的细薄膜蒸发能显著强化蒸发速率；液态金属具有高效导热特性，能显著提升工质吸放热速度；兼容流体在微结构表面形成汽垫以及涡流，有效降低工质的流动阻力，提升流动速度并强化对流换热。本实用新型具有结构新颖、传热系数高等优点。

技术领域

本实用新型所述的基于液态金属混合工质的脉动热管，涉及一种传热元件，具体为由具有微结构表面的脉动热管及其内部的液态金属及兼容流体工质组成的基于液态金属混合工质的脉动热管。

背景技术

现代高新科技与应用的创新已把着眼点放在了微纳米尺度上，如超大规模集成电路与芯片、高功率激光器以及微能量系统等。微电子系统和设备的速度越来越快，同时体积也越来越小，导致局部热产急剧升高。现有用以提高散热效率的传统方法已几乎达到极限，缺乏新的有效散热方法已经成为制约新技术发展的主要瓶颈之一。因此，开展高热流密度下的高效散热技术研究是非常紧迫和必要的。脉动热管作为热管家族的特殊一员，有着与普通热管完全不同的工作机制，具有众多独特的优点，已经成为未来高热流密度下散热问题最具前景的技术解决方案之一。

研究表明脉动热管主要靠显热传热，这就意味着若要大幅提升脉动热管的传热性能，主要还是要依靠脉动速度的提升，这也是脉动热管随着加热功率的升高而热阻大幅降低的主要原因。但随着脉动速度的增加，必将面临如下几个关键问题：(1)若液柱的导热能力较差，则液柱在放热端来不及放热或者释放很少的热量后就返回加热段，传热性能将无法提升，甚至停止工作；(2)在脉动速度提升后，管内流动阻力将增大，导致所需驱动力增加，即吸热端温度显著上升，导致传热性能恶化；(3)脉动速度提升时，吸热端的蒸发速度要足够快，即热流密度高，以满足快速驱动的要求。众所周知，液态金属具有较高的导热系数，高出普通液体1个甚至2个数量级，如水的导热系数为0.65W/mK左右，而镓铟锡液态合金可达40W/mK左右。为解决上述问题，大幅提升脉动热管的传热性能，有效解决高热流密度下的传热问题，因此，发明一种基于液态金属混合工质的脉动热管，将为解决高热流密度下的快速传热问题提供一种新的思路与高效方案，同时为高效脉动热管的研究开辟新的方向。

实用新型内容

根据上述提出的现有技术中脉动热管在高热流密度下难以快速传热的技术问题，而提供一种基于液态金属混合工质的脉动热管。本实用新型主要利用脉动热管内制作的微结构表面，兼容流体工质在微结构表面细薄膜蒸发大幅提升热流密度，显著强化吸热端的蒸发速度；利用液态金属高效导热的特性，可以显著提升吸放热速度；利用兼容流体在微结构表面形成汽垫和涡流，有效降低工质流动阻力，提升流动速度并强化对流换热；通过将液态金属的高效导热、汽垫减阻下快速脉动流动的强化对流传热、局部涡流强化换热以及细薄膜蒸发的快速相变传热有机的结合起来，提高脉动热管在高热流密度下的高效传热能力。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种基于液态金属混合工质的脉动热管，包括三通充液口和集成加热段、绝热段、冷凝段的毛细通道阵列，所述三通充液口的两个水平方向上的通口和毛细通道阵列的两个端口相连接，所述毛细通道阵列的内表面具有由表面改性技术处理得到的微结构表面，所述毛细通道阵列内的工质是主要由液态金属及与所述液态金属兼容的兼容流体组成的混合工质。