高热流密度喷射相变冷却技术研究(3)
1.2.3 环路式热管（LHP）
环路式热管在结构和原理上与毛细泵吸环路一致，同样利用蒸发器内的毛细芯产生的毛细力驱动回路运行，利用工质的蒸发和冷凝来传递热量。主要由蒸发器、冷凝器、蒸汽通道、液体通道组成，蒸发器吸收热源热量，蒸发器中液体蒸发，在内部高性能毛细芯毛细力和表面张力作用下产生压差，促进蒸汽流动至冷凝器冷凝释放放热，液体再回流至蒸发器。
1.2.4 热虹吸器
热虹吸器不含毛细吸液芯，主要依靠重力辅助循环，利用蒸发冷凝相变传热，由蒸发器、冷凝器、蒸汽管和回流管组成，如图3所示。蒸发器内工质液体吸热蒸发，经由蒸汽管道流向冷凝器，在冷凝段冷凝释放出热量，冷凝的工质依靠重力产生的压力差驱动，产生自然回流热虹吸效应，流向蒸发器继续蒸发。该装置不需要毛细吸液芯，而是依靠重力辅助循环，冷凝器与蒸发器之间必须存在一定高度差H。
1.2.5 机械泵回路式热管
机械泵驱动的回路式热管系统与毛细力热管的结构基本相同，一般由机械泵、射流蒸发器、低温冷却液循环泵、储液罐、板式热交换器以及连接管道等几大部分组成，如图4所示。
该系统的工作过程是以结合了射流冲击技术的细小管路为蒸发器与发热设备进行热连接，通过射流冲击与发热设备进行热交换，强化换热并将热量带出,汽液两相的工质流入储液箱，在储液箱中与来自低温冷却液循环泵的液体进行换热，齿轮泵提供了整个循环回路的压头。
1.3 两相冷却装置国内外研究动态
1.4 两相冷却系统对比
两相冷却方式由于利用内部工作液体的潜热来实现传热，具有很高的对流换热系数、优良的等温特性、热流密度可变性、热流方向的可逆性以及环境的适应性。热管内蒸汽处于饱和状态，温差很小保证其优良的等温性；通过改变蒸发段和冷凝段的面积来调节热流密度，实现热管热流密度的可变性；热流方向的可逆性指的是由于其内部循环动力是毛细力，所以任意一端受热都能成为蒸发段。热管虽然是一种传热性能极好的元件，但热管传热能力的上限值会受到一种或几种因素的限制，构成热管的工作极限，这些极限有黏性极限、声速极限、携带极限、毛细极限、冷凝极限和沸腾极限。热管存在三大缺陷：一是如果热管的蒸发段位于冷凝段之上，其传热能力将受到限制；二是蒸汽与液体在同一个通道内流动，其携带极限制约了热管传热能力的提高；三是热管散热器存在较大的扩散热阻。可见随着微电子芯片热流密度的进一步提高，热管的散热能力也会达到极限。另外，热管还存在安装适应性不好的问题，由于热管从蒸发段至冷凝段整根管都含有毛细吸液芯结构，热管弯曲会造成毛细结构破坏，导致其传热性能减退。
CPL、LHP与热管一样，都是依靠毛细作用完成循环，在微重力环境下仍能运行，在空间热控技术中广泛应用。LHP和CPL差别很小，只是在结构上有微小差别，都是采用毛细泵吸原理完成循环，Triem设计了一个高级回路热管，将CPL和LHP糅合在一个回路里，可克服两者的缺点，同时发挥两者的优势[23]。CPL和LHP无机械运动部件、结构简单、适应性好，较热管具有更高的高热传导能力，能突破热管的散热极限，散热性能较热管高2个数量级。另外CPL和LHP可以随意变化外形设计。由于其迷你的外形和可观性能，计算机领域尤其是个人计算机、笔记本电脑将是CPL和LHP一个新的应用领域。CPL和LHP虽然在航空航天热控制领域得到广泛应用，但是在应用于微电子热控制领域需将其微小型化时，也产生了散热功率偏低的问题。