脉动热管是一种高效的传热传质设备,依靠蒸发端与冷凝端潜热传递产生的蒸汽压差推动液弹振荡运动,从而进行热量传递。因具有无需吸液芯、管路形式多样、传热性能优良等特点,脉动热管已成为电子冷却领域中极具潜力的散热设备。脉动热管运行过程中,重力辅助回流的作用不可或缺。在水平加热模式下,低弯管数的脉动热管由于缺乏重力协助作用,冷凝液体无法回流,导致蒸发段极易烧干,传热效率显著降低。为提高脉动热管在各个操作方向的运行性能,本文从固-液界面效应着手,通过调控脉动热管表面润湿性,引入梯度润湿表面,显著影响液弹的运动行为,进而强化脉动热管的传热性能。通过控制氧化刻蚀液的滴加时间,制备得到超亲水微纳结构表面以及冷凝段到蒸发段接触角由83.8°至0°均匀变化的梯度润湿表面,并将这两种表面引入至6弯管板式脉动热管。在不同充液率、加热功率以及运行方向下开展了纯铜、均匀超亲水以及梯度润湿表面脉动热管的可视化观测和传热性能实验,初步解决了小型脉动热管水平操作时易烧干、难以启动以及传热性能差的问题。实验结果表明,在竖直加热模式下,均匀超亲水及梯度润湿表面由于表面微纳结构能够在通道壁面形成狭长液膜区域,有效提升了紫铜脉动热管的传热性能。梯度润湿表面脉动热管仅在低充液率和高加热功率时,与超亲水表面脉动热管的传热性能相当。当脉动热管处于较高充液率时,超亲水表面对脉动热管传热性能的提升效果最为显著。在水平加热模式下,梯度润湿表面相较于均匀超亲水表面对脉动热管性能的提升效果更加优异。相较于纯铜脉动热管蒸发段几乎完全烧干、无法启动的情况,梯度润湿表面由于附加的梯度润湿驱动力,液体工质容易回流到蒸发段,增强了工质在整个管路内的循环流动能力,大幅提高了水平方向的启动和运行性能。其中汽液界面脉动振幅、脉动速度以及脉动热管的传热性能得到显著提高。充液率50%时梯度润湿表面脉动热管展现出了更好的传热能力,热阻最多降低45%,而超亲水表面脉动热管热阻最多降低26%。因此,梯度润湿表面是提升脉动热管水平运行性能的有效手段。基于单根U型脉动热管进行建模分析,并在模型中加入接触角参数,探究均一亲水表面及梯度润湿表面对脉动热管性能的影响。数值分析结果与实验结论一致:壁面接触角的减小增加了液膜总传热长度,使得液弹位移的振荡频率和振荡幅度显著增加,显热传递及潜热传递得到强化。相比于纯铜脉动热管,均一亲水性表面以及梯度润湿表面脉动热管的热阻均大幅降低,传热性能得到了有效提升。