散熱器是航天領(lǐng)域應(yīng)用的重要組成部分。當(dāng)前，有許多成熟的空間散熱器系統(tǒng)，例如：蜂窩板、常規(guī)熱管嵌入式結(jié)構(gòu)、金屬基復(fù)合材料、可變面積主動(dòng)控制散熱器、液泵回路、回路熱管、毛細(xì)管泵送回路、智能散熱器等。選用任何一種散熱器類型的最終決定取決于許多因素，例如總熱負(fù)荷、通量水平、可用面積、有效載荷容量、結(jié)構(gòu)要求等。盡管以上設(shè)計(jì)滿足了行業(yè)目前的要求，但未來的應(yīng)用仍會(huì)需要更高的熱通量水平。

圖為帶有嵌入式PHP的散熱器板

如今，毛細(xì)熱管已被常規(guī)性的用于散熱器板上熱量的重新分配與傳遞，但將嵌入式脈動(dòng)熱管（PHP）用于此類應(yīng)用的概念卻相當(dāng)新穎。PHP結(jié)構(gòu)分別具有兩個(gè)不同的有效畢奧特?cái)?shù)，并且在其表面上經(jīng)受共軛傳熱條件，即自然對(duì)流和輻射是在不同的熱機(jī)械邊界條件下進(jìn)行的。現(xiàn)代電子設(shè)備中的高熱通量密度要求有效的熱管理系統(tǒng)，脈動(dòng)熱管已成為可以滿足這兩個(gè)領(lǐng)域的有前途的候選者。在這項(xiàng)工作中，紅外熱像儀將用于研究散熱板的時(shí)空性能以及兩個(gè)具有嵌入式PHP結(jié)構(gòu)的散熱器板熱性能。

圖為紅外熱成像下的實(shí)驗(yàn)圖像

高分辨率紅外熱像儀用于獲取散熱器的空間溫度曲線，通過研究表明，鋁散熱器板本身效果很好，如果底板的導(dǎo)熱系數(shù)很低，則嵌入的PHP系統(tǒng)所獲得的相對(duì)優(yōu)勢(shì)會(huì)更高。即在低碳鋼底板的情況下，嵌入PHP的行為導(dǎo)致整體熱阻大大降低。在鋁板和低碳鋼板的情況下，可以考慮選擇一種比鋁具有重量和強(qiáng)度更有優(yōu)勢(shì)但熱性能較差的復(fù)合材料。這種復(fù)合材料的跨度導(dǎo)熱系數(shù)可以通過適當(dāng)?shù)厍度隤HP結(jié)構(gòu)來調(diào)整。PHP的工作傾斜角度也會(huì)影響整體的傳熱特性，這些變化可以歸因于內(nèi)部流動(dòng)模式和脈動(dòng)作用的變化。PHP可獲得的有效導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)量級(jí)范圍為400 W/mKe2300W/mK，具體取決于所施加的熱通量。這些值足以證明PHP結(jié)構(gòu)可用作散熱器系統(tǒng)中的嵌入式結(jié)構(gòu)。

參考資料：

Vadiraj A. Hemadri, Ashish Gupta, Sameer Khandekar. Thermal radiators with embedded pulsating heat pipes: Infra-red thermography and simulations. Applied Thermal Engineering. 31:1332-1346, 2011.