我们邀请领英平台的关注者，针对旗下热门热管理技术：两相冷却，为“专家答疑”系列提交问题。本次收到了多条提问，我们特邀热管理专家 David Miller 在下文作出解答。

为什么称之为“两相”冷却？

简单来说，“两相”表示流体发生由液态变为气态的相变过程。该相变过程会传递大量热量，称为相变潜热。热管内部的芯体浸有少量纯水（或其他液体）。热管一端受热时，内部液体蒸发，引发由水转变为蒸汽的相变。水变为蒸汽的这个过程快速将热量输送至温度较低的区域，并在此处冷凝。这种传热方式的等效热导率远高于铜等固体材料的热导率。

与风冷相比，两相冷却有哪些优势？

所有热管理系统都遵循热量由高温向低温传递的规律，因此需要相应途径将热量从一处输送至另一处。热管、均热板和热虹吸管都可以实现热量输送，传热效率优于铜、铝等传统固态金属导体。两相冷却依靠相变实现传热，其等效热导率可达铜的 100‑200 倍。由此降低冷却系统的总热阻，减小两点之间的温差 (ΔT)。尽管具备以上优势，系统仍然离不开空气散热。不能仅依靠热管就完全替代风冷器件；热管需要搭配扩展表面（翅片）以及空气流动系统（自然对流或强制对流）一起使用。热阻越低，热量传递速度越快。因此，在相同功率条件下，采用两相强化冷却系统可缩小器件与空气之间的温差。

什么时候可使用热虹吸管、热管和均热板？

两相冷却版块包含各项技术的详细原理介绍，可以作为选型的初步参考资料。由于大多数应用都有其独特性，建议联系伊顿，由我们的应用工程师或设计工程师为您定制最优散热解决方案。

在实施两相冷却系统时，会遇到哪些挑战？

具体取决于所选用的两相系统类型。不同技术路线对应的成本差异较大。热管存在最大传热长度限制；当热量需要远距离输送时，热管的长度短板就会显现。热管或均热板的物理尺寸也可能带来挑战，因为受现有工装条件影响，部分尺寸规格无法生产。最后，使用环境也是一项影响因素；铜‑水热管仅可在冰点以上工作，因此零度以下环境会带来应用难题。上述难题均存在对应的解决办法：远距离传热可选用热虹吸管；冰点以下工况可将热管内部流体由水更换为甲醇。最稳妥的方式是向我们提交项目的具体需求，由我们为您匹配最合适的散热方案。

热管与回路热管有什么区别？

可以把传统热管理解为一根铜管，管内装有芯体以及定量的工作流体。加热热管一端，内部水分蒸发变为蒸汽，蒸汽流向另一端并冷却。蒸汽冷凝为液体之后，在毛细作用下沿着同一根管路回流至受热端。回路热管以连续回路运行；水在回路起点（蒸发器）受热变为蒸汽。蒸汽沿管道流向冷凝器，冷凝后的液体通过一条独立管路回流至蒸发器。回路热管的运行涉及复杂的物理机制。回路热管的典型应用场景为航天器散热，用于远距离输送热量（通常选用氨作为内部传热流体）。如果重力安装方向固定且有利，可选用回路热虹吸管实现类似传热效果，成本更低。

两相冷却一定是液体变为气体吗？ 是否存在固‑液相变类方案？

是的，这类方案通常被称作“相变材料 (PCM)”。石蜡就是一种相变材料，常与电动汽车锂离子电池搭配使用，实现热量储能。电池可埋置于石蜡内部。石蜡受热熔化，从而储存热量。固态相变材料熔化过程中，温度保持稳定，可吸收瞬时功率峰值热量，再在更长时间段内逐步释放散热。如果您的应用考虑采用相变材料或者其他两相冷却技术，欢迎联系我们，我们的专家团队可为您推荐最优散热方法。

我如何针对自身应用开展热管仿真？

许多工程师在开展计算流体动力学 (CFD) 分析时，都会依靠经验法则为热管或均热板构建等效热导率模型。受几何结构、安装方向限制，该方式很难精准建模，而且仿真结果无法考虑重力、热管弯折、压扁等实际因素。该方法也无法预判热管传热极限或是方案是否过度设计。伊顿 SmartCFD 是唯一一款可对热管、均热板等复杂两相冷却部件精准建模的软件工具，可量化部件容量利用率并给出干涸预警。该软件在仿真热管或均热板时可纳入上述全部影响因素。与其他 CFD 软件相比，它能更准确地预测采用热管或均热板的冷却系统性能，因此我非常推荐使用 SmartCFD。

你们实施过哪些条件最极端的两相冷却应用？

在极端低温方面，我们生产过以甲醇为工作流体、可在 0°C 以下运行的热管产品。在极端高温方面，我见过温度最高约 1000°C 的应用场景（不过在电子散热应用中，我们通常尽量将其用于约 150°C 或更低温度的应用）。超大尺寸项目方面，我曾开发过数米长，用于地热场景的热虹吸管。我们见过很多有趣的应用，都可以采用两相方案解决散热问题。我们热忱欢迎客户联系我们，探讨业务需求。我们随时可以评估客户需求并提供技术建议。

两相冷却的未来发展方向是怎样的？

两相冷却在热管理领域前景广阔，应用范围从传统企业级设备、消费电子，逐步拓展至电动出行、医疗器械、可再生能源等新兴行业。近期我们正在研发三维热管和三维均热板，用于超高热流密度应用，实现整个散热器的等温化效果。传统方案一般将热管或均热板布置在与发热器件接触的散热器底座内。热量扩散后传递至翅片，依靠自然对流或强制对流散出。采用三维均热板 (3DVC) 后，可规避热量从热管传导至固态翅片时产生的额外热阻损失。蒸汽可以从发热器件直接进入翅片腔体内部，大幅降低热阻。另一个值得关注的方向是使用超薄均热板，可为智能手机、平板电脑等设备散热带来全新解决方案。电子设备热负载持续攀升，传统石墨作为有效导热片的性能已经逐渐到达上限。我们的超薄均热板厚度最低可达 0.25mm，可在超薄狭小空间内高效传递更大热量。感谢所有提交问题的朋友！如需深入了解我们的技术能力，或是为您的应用挑选合适的两相冷却方案，请联系我们的专家。