日前，东南大学能源与环境学院陈永平教授、李文明教授与香港理工大学王钻开教授合作在国际著名期刊《Nature Communications》上发表题为“Tesla valves and capillary structures-activated thermal regulator”的论文，报道该团队在高效气液两相散热技术领域的最新研究成果。
微通道流动沸腾传热是一种较为理想的气液两相散热技术，具有散热效率高、均温性好等独特优势，在100W/cm2以上量级高热流密度功耗元器件冷却散热领域具有广阔的应用前景。但是，微通道流动沸腾长期存在着两相逆流不稳定性和流型混沌无序等关键问题，严重影响其散热能力和工作稳定性。
为此，团队受到尼古拉·特斯拉于1920年发明的“流体二极管”—特斯拉阀的启发，原创性地发明了一种新型微通道流动沸腾散热热沉。该热沉通道采用周期性特斯拉阀结构流道充分抑制气液两相逆流，同时配合侧壁毛细微栅栏结构诱导形成稳定持久的侧壁面薄液膜，实现了气液两相工质的定向有序流动和稳定高效的薄液膜蒸发传热，显著提升了微通道流动沸腾的稳定性和传热性能。相较传统光滑平直微通道热沉，该型热沉在总流量为0.36kg/h条件下的流动沸腾换热系数和散热热流密度分别提高了6倍和5倍，可达175 kW/m2K和830 W/cm2。同时，研究还探明了该型热沉换热性能的跃升现象，并发现通道出口蒸汽干度0.25是其沸腾换热性能跃升的阀值。这项工作为开发更为高效稳定的微通道气液两相散热冷却技术提供了崭新思路。
李文明教授为论文的第一作者，陈永平教授和香港理工大学王钻开教授为共同通讯作者，东南大学为论文的第一通讯单位。该研究工作得到了国家自然科学基金“叶企孙”科学基金重点支持项目、国家自然科学基金优秀青年科学基金项目（海外）的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-39289-5
供稿：能源与环境学院