在過去十年中，從小型智能手機(jī)到電動(dòng)汽車和飛機(jī)，電子設(shè)備和電池起火事件屢屢成為頭條新聞。計(jì)算能力的增強(qiáng)導(dǎo)致大量廢熱產(chǎn)生和電子設(shè)備溫度不理想上升。不良的熱量管理是一半以上電子設(shè)備故障的原因。為了解決這個(gè)問題，開發(fā)先進(jìn)的冷卻技術(shù)以有效管理熱量并在工作條件下保持溫度至關(guān)重要。

在眾多冷卻技術(shù)中，利用液體沸騰或蒸發(fā)的液-氣相變冷卻因其優(yōu)異的散熱能力而受到關(guān)注。例如，浸沒式冷卻方法類似于沸水，將大功率電子元件浸入液池中進(jìn)行冷卻。

然而研究人員發(fā)現(xiàn)，單純依靠沸騰氣泡或蒸發(fā)已不能滿足電子設(shè)備的散熱需求。幾年前，Yang等提出了一種同時(shí)利用蒸發(fā)和核沸騰的新策略，并將其稱為毛細(xì)管驅(qū)動(dòng)液膜沸騰(Wen et al Nano Energy，Vol.51，pp.373-382，2018，)。該冷卻技術(shù)通過精心設(shè)計(jì)芯吸結(jié)構(gòu)表面，在蒸發(fā)薄液膜中產(chǎn)生沸騰氣泡。這種芯吸表面的厚度通常控制在1毫米以內(nèi)。利用一個(gè)多世紀(jì)以來被充分研究的沸騰和蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)，液膜沸騰新策略實(shí)現(xiàn)了較高的散熱性能，超越了傳統(tǒng)相變傳熱的散熱極限。

良好的傳熱性能依賴于精細(xì)的表面設(shè)計(jì)。隨著微納技術(shù)的發(fā)展，研究人員正在對(duì)許多微納結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行研究以增強(qiáng)傳熱。然而，目前液膜沸騰的表面設(shè)計(jì)通常基于經(jīng)驗(yàn)，缺乏理論指導(dǎo)。這是因?yàn)橐?氣相變過程復(fù)雜，涉及氣泡和液膜的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)以及由此產(chǎn)生的傳熱。不同表面的紋理結(jié)構(gòu)進(jìn)一步增加了復(fù)雜性，使散熱能力的預(yù)測(cè)成為一個(gè)長(zhǎng)期的挑戰(zhàn)，因此阻礙了最佳表面的開發(fā)。

為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，中國(guó)武漢華中科技大學(xué)楊榮貴教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)了一種高保真模型，用于預(yù)測(cè)各種紋理表面上的液膜沸騰傳熱。該模型不僅可以預(yù)測(cè)散熱，還可以預(yù)測(cè)表面溫度，可以預(yù)測(cè)通過不同相變模式(蒸發(fā)或沸騰)散發(fā)的熱量。模型對(duì)各種紋理表面的預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非常吻合。

新模型有望指導(dǎo)新型散熱表面的設(shè)計(jì)。這對(duì)于設(shè)計(jì)下一代電子產(chǎn)品的高性能冷卻策略至關(guān)重要。