《MEMS微型迴路脈動熱管啟動、傳熱及運行機理研究》是依託江蘇大學，由屈健擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：MEMS微型迴路脈動熱管啟動、傳熱及運行機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：屈健
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微型熱管是近年來國際熱管學界研究關注的熱點，對包括微電子晶片在內的熱學微系統冷卻具有重要的套用價值。本項目擬對一種新式微型熱管- - MEMS微型迴路脈動熱管開展系統的實驗研究和理論分析，藉助高速可視化顯微觀測手段和集成加熱/測溫技術，研究確定熱管啟動發生的條件和過程特徵，獲得通道結構尺寸、工質種類和重力等對其傳熱性能的影響規律，尋找工質在熱管微通道迴路內實現自循環運動以強化傳熱的有效途徑。在綜合考慮尺度效應、形狀效應和相界面特性影響的基礎上，尋找並確定影響熱管自激振盪的若干主導作用力，揭示其相變傳熱運行機理。本項目的研究將豐富和發展脈動熱管研究理論，並為理解微尺度受限封閉空間內蒸發/沸騰和凝結相變共存狀態下的相界面運動行為和流動傳熱機制奠定理論基礎。同時，也將為熱學微系統（特別是微電子晶片）的冷卻提供新的思路和方向。
結題摘要
微型熱管是近年來國際熱管學界研究關注的熱點，對包括微電子晶片在內的熱學微系統冷卻具有重要的套用價值。本項目藉助MEMS技術設計並製作了一種高效的微冷卻器件——矽基微型脈動熱管，通過可視化顯微觀測手段和集成加熱/測溫技術，研究並確定了熱管啟動發生的條件和過程特徵，獲得了通道結構尺寸、工質種類和重力等對其傳熱性能的影響規律。首先，藉助高速可視化顯微觀測手段研究了微型脈動熱管內工質的相變過程、汽液相界面振盪運動及流型發展演化情況，發現了兩種不同的啟動模式（無核化和核化啟動），並首次觀察到熱管微通道內的Leidenfrost（萊登佛羅斯特）效應；其次，通過集成加熱/測溫技術和PWM（脈衝寬度調製）控制方法模擬了晶片“熱點”發熱特徵，由此掌握了微型脈動熱管在不同熱負荷模式下的自適應調節能力和整體溫控性能。同時，提出了毛細管內氣/液塞狀流（泰勒流）接觸角滯後和毛細壓降的理論模型以及預測脈動熱管運行管徑下限（或最小管徑）的理論模型，為後續更準確模型的建立以及微型脈動熱管的設計製作給出了理論指導。通過本研究，豐富和發展了脈動熱管理論，為理解微尺度受限封閉空間內蒸發/沸騰和凝結相變共存狀態下的相界面運動行為和流動傳熱機制提供了理論支持；同時也為熱學微系統提供無需外加動力裝置的新型高效微冷卻方式提供新了思路和方向，對其它微小型汽、液兩相傳熱器件（特別是封閉器件）研究具有很好的參考和借鑑意義。
