AEO-9表面活性剂对脉动热管启动和传热特性的影响

一、引言
脉动热管作为高效传热元件，在电子设备散热、余热回收等领域具广阔应用前景，其启动性能与传热稳定性直接决定工作效率。工质物性是影响其性能的关键因素，表面活性剂可通过调控工质表面张力、润湿性等优化传热过程。AEO-9（脂肪醇聚氧乙烯醚）因热稳定性好、耐酸碱、表面活性优异，被选为研究对象，旨在明确其对脉动热管启动与传热特性的调控规律及机制。
二、实验条件概述
实验采用加热功率梯度为40W、60W、80W、100W、120W；AEO-9质量浓度设置为10mg/kg、20mg/kg、30mg/kg、40mg/kg，以去离子水为对照基准。通过测量启动时间（热管达到稳定脉动所需时间）、热阻（衡量传热效率核心指标）、蒸发段温度波动幅度（反映传热稳定性）评估性能影响。
三、对启动特性的影响
AEO-9对脉动热管启动时间的影响呈“先缩短后延长”的浓度效应，且受功率显著调控。低浓度（10~20mg/kg）时，AEO-9降低工质表面张力，减少气泡生成临界能量，增加核化点密度，促进连续脉动流形成，显著缩短启动时间；20mg/kg为最优浓度，40W工况下启动时间最大缩短29.2%。当浓度超过20mg/kg，表面活性剂分子聚集导致工质粘度上升，流动阻力增加，抵消表面张力优势，启动时间逐渐回升。
功率效应方面，低功率（≤60W）下，热驱动不足导致去离子水启动困难，AEO-9的改善效果更显著；高功率（≥100W）时，热流密度高，气泡生成速率快，热管本身启动时间较短，AEO-9的调控作用相对弱化。
四、对传热特性的影响
1.热阻的功率依赖性变化
AEO-9对热阻的影响存在明显功率分界点（约80W），呈现双向调控规律。低功率（≤60W）时，热阻随AEO-9浓度升高呈先降后升趋势，10mg/kg为最优浓度，40W工况下热阻最大降低35.8%；此区间内，低浓度AEO-9的表面张力降低效应主导，促进沸腾传热，而高浓度下粘度增加导致的流动阻力上升成为主要负面影响因素。高功率（≥100W）时，强烈热驱动使流动阻力影响弱化，表面张力降低效应占据主导，热阻随AEO-9浓度升高持续降低，高浓度（40mg/kg）时传热强化效果最显著。

2.传热稳定性的提升
AEO-9可有效改善脉动热管传热稳定性，表现为蒸发段温度波动幅度显著减小，且浓度越高改善效果越明显。120W高功率工况下，40mg/kg AEO-9使温度波动幅度最大减小68.4%。核心原因是AEO-9在气液界面形成定向分子层，稳定气泡形态，减少气泡随机合并与破裂，使气液两相流动更均匀，避免局部过热与液塞阻塞，提升传热过程稳定性。
五、作用机理与结论
1.核心作用机理
AEO-9通过多重界面与流动调控机制协同影响脉动热管性能：一是表面张力调控，促进气泡核化与脱离；二是润湿优化，增强工质对管壁润湿性，减薄液膜降低接触热阻；三是流动稳定性调控，低浓度促进均匀脉动流，高浓度通过粘度适度增加抑制流动剧烈波动；四是界面稳定效应，减少气液两相界面扰动，提升传热连续性。
2.结论
AEO-9非离子表面活性剂可有效调控脉动热管启动与传热性能，核心规律为：启动时间最优浓度20mg/kg，最大缩短29.2%；热阻具功率依赖性，低功率选10~20mg/kg、高功率选30~40mg/kg，最大热阻降低35.8%；高浓度AEO-9显著提升传热稳定性，最大减小68.4%温度波动。其调控本质是表面张力降低的强化效应与粘度增加的阻力效应的平衡。该研究为脉动热管工质优化提供了新途径，适用于不同功率需求的散热场景。