随着电子产业的快速发展,电子产品已经在国民经济的方方面面得到了大量的应用。目前电子器件的小型化、高集成化已经成为电子技术发展的重要趋势,特别是近期出现的“大数据”、“云计算”等技术更是加剧了该趋势。电子产品在工作过程中会产生一定的热量,若热量不能够及时的散失出去,电子器件的工作性能就会恶化,甚至会导致系统的崩溃。在一些高精端的科技领域,电子器件在工作过程中所产生的热流密度非常的大,针对电子器件的热设计已经成为电子产业发展的一个瓶颈。传统的强制对流散热方式的散热能力已经不能够满足当前及未来电子设备散热的要求,因此迫切的需要一种高效的散热元件以迎接挑战。作为一种高效的散热元件,脉动热管,又称为振荡热管或自激振荡热管,一经提出就被认为是迎接当前和未来电子散热问题的最有前景的手段之一。脉动热管具有非常明显的优势:1)结构简单,成本低:脉动热管的内部结构非常的简单,并不需要毛细芯,这就使得脉动热管加工起来比较简单。同时,脉动热管的管道直径较小,成本也比较低;2)较高的传热能力:脉动热管工作过程中,能够大量的利用工质的潜热进行热量的传递,因此脉动热管具有很高的传热能力;3)高度的灵活性:脉动热管的管道可以弯折并布置成任意的形状,以适应不同的使用场合。目前针对脉动热管的研究已经成为电子热设计领域的研究热点。脉动热管的传热性能受到很多参数的影响,这些参数大致可归为几何参数、工质物性参数和工况参数。提高脉动热管的传热性能受到学者们的普遍重视,而通过改善脉动热管中所使用工质的热物性来是提高脉动热管传热性能、拓宽脉动热管使用领域的重要手段。其中,传热工质的表面张力对脉动热管内部工质的流动和传热性能均有重要的影响,然而尚无文献对此进行系统实验研究,更无相关的理论分析模型。为了深入揭示工质表面张力对脉动热管传热性能的影响,并为从改善工质表面张力角度提高脉动热管的传热性能提供坚实的数据和理论支撑,本文开展了以下主要研究。1)综述了国内外对脉动热管的实验研究、理论研究和实际应用的研究现状。在实验方面,系统的总结了几何参数、工质物性参数和工况参数对脉动热管传热性能的影响。在理论研究方面,归纳了针对脉动热管工质振荡的研究、针对脉动热管传热性能的研究和其他性能上研究的研究成果。在应用研究方面,着重评述了脉动热管在电子散热、太阳能热水器、废热回收等领域中的应用前景。2)理论上提出了用于分析薄液膜区蒸发对脉动热管传热与传质影响的分析模型。该模型不仅考虑了液塞和气塞的对流传热过程,还建立了完整的弯月形区域薄液膜的蒸发模型。同时以该模型为基础,分析了液塞振荡过程中重力、毛细力和流动阻力的作用。研究表明,毛细阻力是液塞流动总阻力的重要组成部分。当液塞的速度为(1～5)m/s,液塞长度为(5～10)倍的管内径时,液塞的毛细阻力占总阻力的比例为(15.38～48.45)%。同时当降低工质的表面张力时,能够显著的提高液塞的传热能力。该模型能够为分析工质的表面张力对脉动热管传热性能的影响提供理论指导。3)理论分析了脉动热管的烧干特性,根据烧干的机理不同,将烧干分成3大类。并针对第二类烧干进行了理论建模。同时,还首次从量纲分析法的角度提出了用于计算脉动热管极限传热能力的无量纲表达式。研究表明,提高液塞的振荡速度能够有效的提升脉动热管的烧干极限,即降低液塞振荡的阻力能够有效的提高脉动热管的烧干极限。该部分的研究对于界定脉动热管的安全工作范围具有重要意义。4)设计并搭建了脉动热管传热性能实验装置,该装置包括测试模块、加热模块、冷却模块和数据采集模块。其中,温度采集的不确定度为0.1K,充液率的不确定度为1.27%,热阻的不确定度小于3.75%;5)实验研究了去离子水、表面活性剂分别作为工质时,脉动热管的启动性能、传热性能和烧干性能。所采用的表面活性剂为硬脂酸钠,所研究的表面活性剂溶液的浓度分别为0 ppm,10 ppm,20 ppm和40 ppm。所采用的充液率分别为18.9%,30.9%,43.8%,56.7%和67.9%。实验研究结果发现,当采用表面活性剂溶液作为工质时,脉动热管能够在更低的蒸发段温度下启动;同时,采用表面活性剂溶液能够提高脉动热管的传热性能,且当其浓度为20 ppm时,脉动热管的传热能力达到最佳;表面活性剂溶液同时也会影响到脉动热管的烧干特性,能够提高脉动热管的烧干极限;该部分研究可为从改善工质表面张力角度提升脉动热管的传热性能提供数据支撑。