脉动热管（Pulsating Heat Pipe，PHP）又称振荡热管（Oscillating Heat Pipe，OHP），是一种新型高效、可用于小空间、高热流密度下的传热元件。由于具有小型化、大功率、结构简单、传热性能好等优点，因此已被应用于空调余热回收、电子冷却等相关领域中。

脉动热管与传统热管相比，其最大特点是结构简单、无毛细芯，形状可以任意弯曲。脉动热管基本结构有两类［54］：开路型和闭合环路型，其中闭合环路型还包括一种带有止回阀的回路，如图2－15所示。脉动热管通常为小管径，是由金属毛细管弯曲成的蛇形结构，弯头一端为加热端，另一端为冷却端，根据需要中间设置为绝热段。内部抽成真空后，充注部分工作介质，工作介质在表面张力的作用下在管内形成长度不一的液柱和气塞，工质液体一般为水、甲醇、乙醇、氟利昂等。

图2－15 脉动热管结构示意图

a）开放回路结构 b）闭合回路结构 c）带单向阀的闭合回路

脉动热管与传统热管的运行机理不同，工作原理非常复杂，如图2－16所示。当热管管径足够小时，工作介质在表面张力的作用下在管内形成气液相间的汽柱与液塞。在加热段气泡或气柱因受热而不断蒸发，导致气泡膨胀，推动气柱与液塞流向冷凝端冷凝收缩，从而在冷热端形成较大的压差。由于气柱与液塞交错分布，管内将产生强烈的往复振荡运动，振荡频率远高于传统热管内的气－液循环频率，且工作介质与热管壁面间的对流传热也被脉动流强化。如在部分直管段上加装单向阀，可形成单向振荡运动。

图2－16 脉动热管的工作原理

a）初始阶段 b）过渡阶段 c）稳定阶段(www.daowen.com)

脉动热管的运行机理决定了其加热端液体的供给有自适应机制；当热流密度较大蒸发较快时，气泡膨胀速度同时也加快，使得液体能及时流回加热端，热管不易被烧干，因此脉动热管没有普通热管所具有的传热极限，在合适充液率下，热流密度可以达到很大而不会烧干。在相同尺寸的条件下，单根脉动热管传热能力是普通热管的2～3倍。图2－17所示为脉动热管、普通热管和金属棒的传热效果对比，金属棒和普通热管在总传热量较小的情况下有优势，而脉动热管在中等和高热量传递中表现出非常稳定的性能。随着热流量增加，脉动热管的总温差缓慢增加。

图2－17 脉动热管、普通热管和金属棒的传热效果比较

根据脉动热管的传热机理，主要影响因素有三大类：①结构参数，包括管截面形状、管径、蒸发段及冷凝段长度、弯头数等；②物性参数，包括工质热物性、充液率、管壁材料等；③运行参数，包括热管倾斜角度、加热及冷却方式、加热功率等。根据脉动热管的结构特点及运行机理，脉动热管有以下优点：

1）体积小、结构简单、成本低廉。脉动热管管径小、整体尺寸小，无吸液芯结构减少了热管的制造复杂性与生产成本，并降低运行及维护成本。

2）节约驱动能源。在整个传热过程中，脉动热管的运行无须消耗外界任何机械能或电能，完全在热驱动的作用下自动进行。

3）热管适应性强。热管形状可随意弯曲或反复弯折、蒸发段及冷凝段的长度及位置任意、热管可在任意角度下起动工作，不受重力影响，适应性强。