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1 柔性热管 柔性热管（Flexible Heat Pipes, FHPs）作为一种创新型传热技术，凭借其适应复杂几何形状的独特优势，在可再生能源利用、航空航天及电子设备冷却等领域展现出巨大应用潜力。本文系统梳理了柔性热管的基本原理与发展历程，重点分析其在三大核心领域的应用现状：地热系统中的融冰融雪与空间供暖、航天器系统的热控辐射器及电子设备冷却、电力电子器件热管理。通过整合关键设计参数（容器材料、芯吸结构、工作流体）与性能优化路径，总结了不同应用场景下柔性热管的热阻、最大传热能力等核心指标及技术成熟度。最后，指出当前柔性热管在材料耐久性、制造复杂度及成本控制方面的主要挑战，并展望了先进复合材料应用、3D 打印制造技术及定制化设计等未来发展方向，为其作为可持续热管理解决方案的工程化应用提供参考。全球能源结构转型背景下，可再生能源占比持续提升，但化石燃料仍占全球能源消耗的 76%。热能作为占全球能源使用 70% 的核心能量形式，其高效传递与管理直接影响可再生能源转换效率。传统热管虽具有被动高效传热优势，但刚性结构难以满足动态系统、复杂几何构型及轻量化需求。柔性热管基于相变传热与毛细作用原理，通过柔性材料创新实现了传统热管的技术突破，能够在弯曲变形状态下保持高效传热性能，成为解决可再生能源系统、航天器及电子设备热管理难题的关键技术。 ThermalLink 2 基本原理与发展 No.1 工作机制 柔性热管与传统热管遵循相同的热力学原理：通过工作流体在蒸发段吸热蒸发、冷凝段放热凝结的相变过程实现传热，芯吸结构的毛细作用驱动液体回流，完成传热循环。其核心区别在于采用柔性结构设计，使热管能够适应弯曲（最大可达 360°）、振动等动态工况，同时保持较低的温度梯度。 No.2 结构组成
No.3 发展历程 柔性热管技术始于 1970 年 Bliss 等人提出的金属波纹管结构设计，采用不锈钢丝网芯吸结构与水作为工作流体，实现 90° 弯曲工况下的稳定传热。1980-1990 年代聚焦航空航天应用，开发出适应微重力环境的柔性热管；2000 年后逐步拓展至电子冷却与地热利用领域，出现超长假柔性热管（SFHPs）、柔性脉动热管（FPHP）等新型结构，最长设计长度达 70m，最大传热能力提升至 2350W。 ThermalLink 3 核心设计要素与性能优化 No.1 设计关键参数
No.2 性能提升路径
No.3 结构设计创新 梯度结构设计是一种创新的设计理念，它通过在不同厚度区域设计不同的交联密度或填料含量，使垫片在承受机械应力的区域具有更好的柔韧性。在主要导热区域拥有更高的填料密度和导热效率。这种设计理念能够在整体上优化垫片的性能并延长其寿命。但是加工工艺比较难，成本比较高。 复合结构设计是将不同材料的优势结合起来。比如，上层采用高弹性材料保证贴合度，下层采用高导热材料优化热传导。这种设计可以有效分散应力，减少单一材料的老化风险。加工工艺也是比较难，可能出的最多就是双面背胶的产品了。 ThermalLink 4 柔性热管的核心应用领域 No.1 融冰融雪 传统融冰技术存在能耗高、维护复杂等问题，柔性热管系统通过被动式传热实现零运行能耗。Shiraishi 等人开发的 4m 长柔性波纹管热管系统，可提取 10W 地热能量，较电加热能耗降低 1/3，已达到 TRL 8-9 级的商业化应用水平。Wang 等人优化的 70m 超长柔性热管（SFHPs）采用氨作为工作流体，填充率 62-65% 时传热能力达 850-1250W，热阻低至 0.002℃/W，但因聚合物材料耐氨蒸气压力（5bar）的长期稳定性未验证，目前处于 TRL 6 级。 No.2 空间供暖 柔性热管地面源热泵系统较传统 U 型管系统传热效率提升显著，其核心优势在于适应非均匀地形与变深度钻孔。Liu 等人开发的 52.5m 超长柔性热虹吸管（SFTS）采用 304 不锈钢波纹管，无芯吸结构设计下实现 1227W 传热能力，热阻 0.05℃/W，但受安装方向限制，需垂直布置以利用重力辅助流体回流，当前技术成熟度为 TRL 5 级。研究表明，地下水流动是维持系统长期热稳定性的关键因素，70m 以上安装深度可避免能量失衡问题。 No.3 空间辐射器 柔性热管辐射器解决了传统金属辐射器重量大、部署性差的难题。Merrigan 等人开发的高温柔性热管采用钠作为工作流体，180° 弯曲（弯曲半径 14cm）工况下仍可传递 2000W 热量，适应 800-1000K 高温环境。Tanaka 等人采用聚酰亚胺薄膜制备的无芯吸结构柔性热管，厚度仅 25μm，比重量＜1kg/m²，在微重力环境下实现 ±6℃的等温运行，为月球前哨基地热控系统提供了轻量化解决方案。该领域产品技术成熟度多处于 TRL 4-6 级，核心挑战在于空间环境下的材料耐久性与动态部署可靠性。 No.4 航天器系统电子设备冷却 航天器高密度电子器件需在有限空间内实现高效热控。Hoang 等人开发的柔性低温环路热管（LHP）采用烧结不锈钢芯吸结构（孔径 3.5μm），在 - 180℃极端低温下传递 20W 热量，热阻＜1℃/W，成功解决万向节连接部位的 cryogenic 冷却难题，技术成熟度达 TRL 7 级。Der 等人采用激光焊接聚丙烯薄片制备的 1.5mm 厚柔性脉动热管（FPHP），虽传热能力仅 13.2W（热阻 6-16.2℃/W），但凭借轻量化（密度＜1g/cm³）与低成本优势，适用于非关键电子器件冷却。 No.5 热连接带 柔性热管热连接带较传统铜编织带传热效率提升 10 倍以上，有效解决航天器热源与辐射器间的柔性连接问题。Wilson 等人开发的 FEATS 系统集成振荡热管与热电装置，传热能力 75W，重量仅 100g，弯曲角度可达 180°，为高功率器件热控提供了高效解决方案。Nagano 等人的超薄环路热管热连接带厚度 0.6mm，重量 11g，在 - 10~150℃范围内实现 18W 稳定传热，冻结后无性能衰减，展现出优异的环境适应性。 No.6 电子设备冷却应用 电力电子器件微型化导致热流密度激增，传统冷却方案难以满足柔性化需求。Kobayashi 等人开发的柔性环路热管（FLHP）采用 R134a 作为工作流体，7.5m 传输距离下实现 120W 传热能力，热阻 0.1-0.32℃/W，成功应用于大功率电子设备集成冷却。Dai 等人的超薄柔性扁平热管（厚度＜1mm）在 0°-180° 弯曲范围内保持 40W 传热能力，但 180° 弯曲时性能衰减达 90%，需通过芯吸结构优化改善弯曲工况下的流体循环效率。2023 年 Han 等人通过 3D 打印技术制备的聚合物基柔性振荡热管，40% 填充率下传热能力 7W，弯曲 90° 后仍保持基本功能，为柔性电子设备热管理提供了新路径。 ThermalLink 参考文献 Flexible heat pipes in thermal management applications – A comprehensive review ThermalLink |
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