液冷新方案：膜基微通道散热器，200W/cm² 热流泵功仅需 2.3mW
来源 | Energy
链接 | https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.139413
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背景介绍
成果掠影
近日，香港城市大学吴伟团队团队提出一种基于膜的液冷策略，开发了膜基微通道散热器（MMHS） 及带倾斜凹槽的增强型膜基微通道散热器（EMMHS），以吸湿流体（LiBr 溶液）为工质，通过 “对流散热 + 蒸发散热” 协同提升冷却性能，同时利用吸湿特性实现水分自补给以节水。经实验验证的 CFD 模型分析表明，在0.1 m/s 低流速下，MMHS 蒸发散热占总热流的 19.3%，而 EMMHS 因凹槽诱导横向旋流强化混合，蒸发散热占比达 26.8%；当通道长度为50 mm时，EMMHS 的努塞尔数（Nu）较传统散热器提升183.0%，蒸发散热占比增至45.9%，性能评估准则（PEC）达 2.5。该策略可在200 W/cm² 高热流下将未来 1 nm 芯片温度控制在～353 K 以下，仅需2.3 mW 超低泵功率，为高热通量设备提供高效、节水的散热方案。研究成果“Membrane-based Liquid Cooling Strategy Enabling Sustainable High-heat-flux Thermal Managementps”为题发表在《Energy》。
本次研究的作者——香港城市大学吴伟副教授将作为第六届热管理产业大会暨博览会的报告嘉宾出席分享《人形机器人热管理技术研究》的大会报告。
大会时间：2025年12月3–5日
大会地点：深圳国际会展中心宝安（10号馆）
图文导读
图1.传统液体冷却系统的示意图。
图2.试验回路示意图。
图3. MMHS的总体物理结构。
图4.模拟结果与参考值之间的比较[21]。
图5.试验段的热和流体动力学行为。（a）用于比较的实验期间的环境温度和相对湿度，（b）从实验和模拟中获得的压降和温差，（c）100 h运行期间实验期间的环境温度和相对湿度，（d）100 h运行期间的压降和温差。
图6.入口速度在0.1-0.9 m/s范围内变化时不同散热器的热性能。（a）受热表面的平均温度，（b）努塞尔数。
图7.流体-膜界面处MMHS和EMMHS的等值线（流动方向上的比例因子为0.5）。（a）LiBr质量分数等值线，（b）温度等值线。
图8.不同散热器在0.1-0.9 m/s入口速度变化时的水力性能。(a)压降，（b）摩擦系数。
图9. MMHS和EMMHS通道中的流线。
图10.不同入口速度时横截面内的温度和速度矢量。
图11.不同流体速度下流体-膜界面的蒸发速率。
图12.通道长度从30 mm变化到50 mm时不同散热器的热性能。(a)加热表面的平均温度，（b）努塞尔数。
图13. MMHS和EMMHS在流体膜界面处的温度和LiBr质量分数等值线（流动方向上的比例因子为0.5）。
图14.具有不同通道长度的流体-膜界面的蒸发速率。
图15.不同通道长度的MMHS和EMMHS的蒸发冷却功率。
图16.通道长度从30 mm变化到50 mm的不同散热器的水力性能。（a）压降，（b）摩擦系数。
图17. MMHS和EMMHS在不同入口速度下的PEC。
图18.不同沟道长度的MMHS和EMMHS的PEC。
图19.不同溶液浓度下EMMHS的PEC。
图20.不同工作流体的粘度和导热系数。
图21.在固定热通量为200 W/cm²时，不同泵浦功率下的平均基础温度和出口温度。
图22.温度和溶液浓度。（a）加热表面的温度分布，（b）流体-膜界面的溶液浓度分布，（c）LiCl和LiBr溶液的压力-温度-浓度图。
图23.不同冷却策略的性能比较。（a）热阻与雷诺数，（b）热通量与压降。
