来源 | International Communications in Heat and Mass Transfer

链接 | https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2026.128420

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背景介绍

随着电子设备的不断小型化，其内部元器件的集成度急剧提高，迫切需要配套的散热技术，以实现高效散热，并确保在高热流下稳定运行。虽然针对500 W/cm²以下热流的散热研究相当普遍，但对能够处理更高热流的解决方案的需求也在不断增长。超高的热通量（UHF）要求实施先进的热管理策略以确保及时散热，从而将系统运行维持在规定的热阈值内。在异构冷却需求和相应的排热技术之间建立最佳匹配协议是实现高效热调节系统的基本要求。因此，有必要对热通量进行分类，以精确描述各种排热技术的操作优点、技术限制和性能瓶颈

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成果掠影

近日，西安交通大学戴俊艳团队将500 W/cm²和1000 W/cm²分别定义为中高热流密度和高至超高热流密度的边界，综述了能够耗散高和超高热流密度的最新前沿散热技术，如微通道冷却、喷雾冷却、浸没冷却、热管、射流冲击、蒸汽室、和薄膜沸腾。对这些高通量范围内的相关研究进行了分类，突出了所获得的最高临界热流密度（CHF）值和所使用的方法。此外，由CHF，壁温，和传热系数，直观地比较了六种超高热流密度技术的优缺点。对四种最有前途的技术进行了全面的分析，并提出了未来发展方向的路线图，该框架以电子设备的冷却为目标，以先进的散热技术为实现手段，以热增强因素为驱动机制，以人工智能为支持工具，为扩展热管理系统的性能边界提供了系统参考。研究成果以“A review of heat removal technologies across heat flux frontiers: From high to ultra high level” 为题，发表于《International Communications in Heat and Mass Transfer》期刊。

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图文导读

图1.高热通量和超高热通量的散热技术总结及其最大CHF值的统计。

图2. 常规歧管微通道结构设计的示意图[29-31]。

图3.新型歧管微通道结构设计示意图。（a）多芯片的X状分流结构[32];（b）发散通道设计[33];（c）S形微通道[34];（d）不对称双V形槽[35];（e）交错分层微针鳍[36];（f）基于水凝胶的自适应微通道设计[37]。

图4.莲花铜和沟槽表面。（a）试样[65];（b）两种类型的“呼吸现象”[66]。

图5.（a）铜-水回路热管（LHP）[76];（b）碳纳米管（CNT）芯结构[77];（c）铜微柱阵列芯[78]的示意图。

图6.描述自由表面射流结构和流态分类。

图7.射流冲击表面的二次加工[82-85].

图8.典型蒸汽室冷却系统的结构组成和工作原理示意图。

图9.吸液芯结构优化设计[96-99].

图10.典型TFB系统实验装置示意图

图11.热测试部分中纳米膜安装配置的示意图。（a）单侧固定[101];（b）双侧固定[102]。

图12.不同阶段典型TFB曲线和沸腾模式的示意图[103]。

图13.(a)Z形歧管微通道结构[113];（b）歧管微通道散热器[114];（c）锥形Z型MMC和连接的Z型MMC [115]。

图14.新型微通道结构设计示意图。（a）各种仿生拓扑结构[116-119];（b）射流和湍流设计[120-122]。

图15.超高纵横比微通道设计[124，125]。

图16.涂有铜反蛋白石（CuIO）的微通道示意图[129]。

图17. Sudhakar设计的双层蒸发器芯结构示意图[145]。

图18.各种TFB研究的实验沸腾曲线和可达到的CHF。

图19.结合射流冲击和微通道的混合冷却结构。

图20.多层微纳铜网结构[155，156]。

图21.现有UHF散热技术的综合传热性能评估。

图22.不同高热流散热技术研究的比例和研究类型分析。

图23.四种UHF散热技术的强化传热机理及进一步改进方向说明