振盪熱管(OHP)，又稱脈動熱管、自激振盪流熱管、彎曲毛細管熱管等，是基於普通熱管且優於普通熱管的一種新型獨特的傳熱元件，由日本的Akachi於20世紀90年代初提出的。
基本介紹
- 中文名：振盪熱管
- 外文名：Oscillating Heat Pipe
- 別名：脈動熱管
- 簡稱：OHP
- 優點：結構簡單、成本低、傳熱性能優良
- 套用：電子元器件散熱、太陽能散熱等
工作原理,結構,工作過程,影響振盪熱管性能的因素,套用,展望,
工作原理
在一管內抽成真空的彎曲毛細管中，充有一定量的工作介質，該介質在冷熱端溫差及表面張力的作用下形成汽、液塞狀流隨機地出現在管路中， 這樣，由於兩端間存在壓差以及相鄰管子之間存在的壓力不平衡，使得工質在蒸發端和冷凝端之間振盪流動，即通過相變和液塞的振盪實現熱量的傳遞.其傳熱現象集沸騰、蒸發、冷凝、脈衝振盪於一體，這些物理過程並非是彼此孤立和簡單地疊加，而是一個有機互動整體過程，到目前為止人們對其運行機理已有初步了解。
結構
振盪熱管由蛇形毛細管組成，包括若干直管段和彎頭，一般情況下分為蒸發段、絕熱段和冷凝段。
結構圖
振盪熱管有三種基本形式，即閉式迴路型振盪熱管、帶單向閥的閉式迴路型振盪熱管及開路型振盪熱管。工作時，當達到一定溫度時，部分工質蒸發產生汽泡，形成間隔分布的液柱和氣塞，同時使蒸發段的壓力升高，蒸發段和冷凝段產生壓力差，從而提供工質流動的驅動力。
工作過程
1、沸騰階段
蒸發段工質被加熱，就在管壁氣化核心處產生劇烈沸騰，產生小氣泡且不斷擴大，形成氣塞；長液塞被分段，形成液塞.如採用底部加熱方式，則氣塞、液塞整體上移。
2、過渡階段
運行初期管內介質流動方向不定，當兩液塞相遇時，壓力大的一側推動壓力小的一側流動，直到整個熱管中介質形成單向循環流動。
3、穩定運行階段
在此階段，介質周期性、有規律的停頓、徘徊，短暫停頓後繼續運行，如此反覆.根據振盪流熱管的運行機理， 可以得出兩種途徑來強化振盪流熱管的傳熱： 一是強化管內工作流體與熱管壁面之間的換熱； 二是提高管內的振盪頻率與循環動力。
影響振盪熱管性能的因素
影響振盪熱管傳熱性能的主要因素包括振盪熱管的管徑、彎頭數、充液率、傾斜角度及工質物性等。
1、管徑的影響
振盪熱管對管內徑的大小有一定要求，Akachi認為，管內徑最大值需滿足方程
式中
這一準則是根據毛細管內液塞－汽泡系統中表
面張力和重力的平衡方程推演而來的。當振盪熱管內徑大於該臨界內徑時，汽泡會在重力的影響下，上升至液面而無法形成穩定的液柱－氣塞系統，振盪熱管也就無法啟動。Dobson等認為振盪熱管存在最小臨界內徑，即
如果振盪熱管的內徑太小，管內流動阻力就會顯著增加，從而加大振盪熱管的啟動難度，影響其振盪效果。
2、充液率的影響
充入工質的體積占振盪熱管總容積的百分比稱為充液率（Fr）。充液率的大小直接影響振盪熱管的啟動和傳熱性能。充液率通常在20%～80%之間，當Fr小於20%時，振盪熱管容易發生燒乾現象；當Fr大於80%時，振盪現象微弱，傳熱效果差。
振盪熱管存在一個最佳充液率，在該充液率下，振盪熱管的傳熱性能最好。大量的研究表明，最佳充液率與振盪熱管的結構尺寸、工質種類、加熱功率、加熱位置和傾角有關。
3、傾斜角度和彎頭數影響
當傾斜角度θ=0°時，振盪熱管熱阻很高，傳熱性能很差；當傾斜角度θ≤10°時，傳熱性能對傾斜角度極為敏感，工作不穩定；當30°≤θ≤90°時，傾斜角度對振盪熱管的產熱性能影響很小，振盪熱管性能穩定。
彎頭數的多少直接影響管內氣液兩相分布及振盪熱管的振盪幅度，從而影響振盪熱管的啟動特性和傳熱性能。振盪熱管的彎頭數存在一個臨界值，當彎頭數大於該臨界值時，振盪熱管的熱阻與傾斜角度無關，實驗得出的臨界彎頭數為80。
臨界彎頭數與振盪熱管的內徑、工質種類和加熱功率有關。當彎頭數小於臨界值時，傾斜角θ=0°時振盪熱管傳熱性能極差，甚至無法啟動，隨著彎頭數的增加，振盪熱管更容易啟動，傳熱性能更好，運行也更加穩定。
4、工質熱物性的影響
工質熱物性對振盪熱管傳熱性能具有重要影響，為獲取較高的傳熱性能，工質一般應滿足以下要求：
（1）汽化潛熱適當、比熱儘可能大。振盪熱管以顯熱、潛熱兩種方式傳遞熱量，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於氣泡在蒸發段生成和聚合，也有利於汽泡在冷凝段冷凝破裂，從而有利與工質的震盪與流動，傳熱能力也越強，但當潛熱過小時，容易發生蒸乾。比熱大，單位流體攜帶熱能能力強，也有利於熱量的傳遞。
（2）動力粘度小。動力粘度小的工質流動時產生的剪下力小，振盪熱管容易啟動。
（3）表面張力適當。表面張力越小，工質流動時產生的附加壓降越小，有利於振盪熱管的啟動和穩定運行；而較大的表面張力有利於形成氣液相間分布，因此表面張力的影響有待進一步研究。
套用
雖說目前對振盪熱管的研究還處於實驗和理論建模探索階段， 但由於其自身的優點， 許多振盪熱管產品從實驗室中走出來，在工程實際中得到了套用。
（1）電子元器件散熱
隨著電子科技的進步， 電子元器件的體積越來越小， 集成度越來越高， 功耗也越來越大[6].傳統的空氣自然或強制對流散熱顯然已不能滿足電子技術發展的需求， 迫切需要開發小而輕、強散熱能力、低成本的新型傳熱裝置.振盪熱管可以作為一種高效的導熱元件廣泛地套用於電子元器件冷卻領域。
近年來日本開發的用於CPU無風扇散熱器NCU-1000 ，主體和散熱翅均由鋁-HFC134a板式振盪熱管制作， 具有散熱效率高、無噪聲、安裝方便等優點。
（2）套用於太陽能集熱器
迴路型振盪熱管套用到太陽能收集器，大約能夠收集到62%的太陽能，與傳統昂貴的熱管系統效率相當。此外套用迴路型振盪熱管的太陽能收集器還具有防腐、冬季不會出現冷凝現象的優點。
（3）套用於餘熱回收
單向止回閥的迴路振盪熱管（R134a 作為工質，50%的充液率）可套用於乾燥系統，充分利用餘熱來預熱空氣，降低相對濕度.實驗證明當空氣溫度升高，風速降低，系統的換熱性能有所提高，相對濕度由89%～100%降至54%～72%。
（4）套用於地板採暖
振盪熱管套用於地板採暖系統， 具有熱回響快， 溫升高， 節能等優點， 與傳統的聚乙烯管式採暖系統相比， 該系統可節省30%的能源消耗。集熱系統和採暖系統完全獨立，減少了系統的相互影響，同時也降低了系統的承壓要求。該系統熱穩定性好，連續供熱能力強，與自動控制系統配合後，此太陽能地板輻射採暖系統可以連續、穩定、安全地運行。
（5）除了上述套用外， 涉及傳熱的領域大多可以套用振盪熱管， 尤其是用於小空間高熱流密度的散熱場合。
展望
今後振盪熱管技術研究發展應該從以下幾方面著手。
（1）尋找振盪熱管的最佳工作條件，對各個參數的相互影響進行系統研究；
（2）改進現有的理論模型，考慮多因素影響，儘可能逼近管內實際運行情況，更好地從本質上認識振盪熱管的工作過程；
（3）將振盪熱管套用到工業實踐中，對各運行參數進行最佳化，在實際工業使用中發現問題並進行改進；
（4）拓寬振盪熱管的套用領域，使其為社會做出更大貢獻。
