熱管知識

　　熱管原理

　　熱管技術(shù)是1963年美國 LosAlamos國家實驗室的G.M.Grover發(fā)明的一種稱為"熱管"的傳熱元件，它充分利用了熱傳導(dǎo)原理與致冷介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，透過熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導(dǎo)熱能力超過任何已知金屬的導(dǎo)熱能力。熱管技術(shù)以前被廣泛應(yīng)用在宇航、軍工等行業(yè)，自從被引入散熱器制造行業(yè)，使得人們改變了傳統(tǒng)散熱器的設(shè)計思路，擺脫了單純依靠高風(fēng)量電機來獲得更好散熱效果的單一散熱模式，采用熱管技術(shù)使得散熱器即便采用低轉(zhuǎn)速、低風(fēng)量電機，同樣可以得到滿意效果，使得困擾風(fēng)冷散熱的噪音問題得到良好解決。

　　基本信息

　　中文名稱：熱管原理

　　發(fā)明地點：美國 LosAlamos國家實驗室

　　發(fā)明人：G.M.Grover

　　發(fā)明時間：1963年

　　熱管技術(shù)是1963年美國 LosAlamos國家實驗室的G.M.Grover發(fā)明的一種稱為"熱管"的傳熱元件，它充分利用了熱傳導(dǎo)原理與致冷介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，透過熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導(dǎo)熱能力超過任何已知金屬的導(dǎo)熱能力。熱管技術(shù)以前被廣泛應(yīng)用在宇航、軍工等行業(yè)，自從被引入散熱器制造行業(yè)，使得人們改變了傳統(tǒng)散熱器的設(shè)計思路，擺脫了單純依靠高風(fēng)量電機來獲得更好散熱效果的單一散熱模式，采用熱管技術(shù)使得散熱器即便采用低轉(zhuǎn)速、低風(fēng)量電機，同樣可以得到滿意效果，使得困擾風(fēng)冷散熱的噪音問題得到良好解決。

　　目錄1熱管簡介2基本工作3基本特性4熱管分類5性能壽命6熱管制造7制造工藝

　　1.熱管簡介

　　從熱力學(xué)的角度看，為什么熱管會擁有如此良好的導(dǎo)熱能力呢?物體的吸熱、放熱是相對的，凡是有溫度差存在的時候，就必然出現(xiàn)熱從高溫處向低溫處傳遞的現(xiàn)象。從熱傳遞的三種方式:輻射、對流、傳導(dǎo)，其中 熱管散熱原理熱傳導(dǎo)快。熱管就是利用蒸發(fā)制冷，使得熱管兩端溫度差很大，使熱量快速傳導(dǎo)。一般熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成。熱管內(nèi)部是被抽成負壓狀態(tài)，充入適當(dāng)?shù)囊后w，這種液體沸點低，容易揮發(fā)。管壁有吸液芯，其由毛細多孔材料構(gòu)成。熱管一段為蒸發(fā)端，另外一段為冷凝端，當(dāng)熱管一端受熱時，毛細管中的液體迅速蒸發(fā)，蒸氣在微小的壓力差下流向另外一端，并且釋放出熱量，重新凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發(fā)段，如此循環(huán)不止，熱量由熱管一端傳至另外一端。這種循環(huán)是快速進行的，熱量可以被源源不斷地傳導(dǎo)開來。

　　熱管，是一種具有極高導(dǎo)熱性能的傳熱元件，它通過在全封閉真空管內(nèi)的液體的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量，它利用毛細作用等流體原理，起到類似冰箱壓縮機制冷的效果。具有很高的導(dǎo)熱性、優(yōu)良的等溫性、熱流密度可變性、熱流方向酌可逆性、可遠距離傳熱、恒溫特性(可控?zé)峁?、熱二極管與熱開關(guān)性能等一系列優(yōu)點，并且由熱管組成的換熱器具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、流體阻損小等優(yōu)點。由于其特殊的傳熱特性，因而可控制管壁溫度，避免露 點腐蝕。但價格相對較高。

　　2.基本工作

　　典型的熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成，將管內(nèi)抽成1·3×(10負1---10負4)Pa的負壓后充以適量的工作液體，使緊貼管內(nèi)壁的吸液芯毛細多孔材料中充滿液體后加以密封。管的一端為蒸發(fā)段(加熱段)，另一端為冷凝段(冷卻段)，根據(jù)應(yīng)用需要在兩段中間可布置絕熱段。當(dāng)熱管的一端受熱時毛紉芯中的液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)不己，熱量由熱管的一端傳至另-端。熱管在實現(xiàn)這一熱量轉(zhuǎn)移的過程中，包含了以下六個相互關(guān)聯(lián)的主要過程:

　　(1)熱量從熱源通過熱管管壁和充滿工作液體的吸液芯傳遞到(液---汽)分界面;

　　(2)液體在蒸發(fā)段內(nèi)的(液--汽)分界面上蒸發(fā);

　　(3)蒸汽腔內(nèi)的蒸汽從蒸發(fā)段流到冷凝段;

　　(4)蒸汽在冷凝段內(nèi)的汽·液分界面上凝結(jié):

　　(5)熱量從(汽--液)分界面通過吸液芯、液體和管壁傳給冷源:

　　(6)在吸液芯內(nèi)由于毛細作用使冷凝后的工作液體回流到蒸發(fā)段。

　　3.基本特性

　　熱管是依靠自身內(nèi)部工作液體相變來實現(xiàn)傳熱的傳熱元件，具有以下基本特性。

　　(1)很高的導(dǎo)熱性熱管內(nèi)部主要靠工作液體的汽、液相變傳熱，熱阻很小，因此具有很高的導(dǎo)熱能力。與銀、銅、鋁等金屬相比，單位重量的熱管可多傳遞幾個數(shù)量級的熱量。當(dāng)然，高導(dǎo)熱性也是相對而言的，溫差總是存在的，不可能違反熱力學(xué)第二定律，并且熱管的傳熱能力受到各種因素的限 制，存在著一些傳熱極限;熱管的軸向?qū)嵝院軓?，徑向并無太大的改善(徑向熱管除外)。

　　(2)優(yōu)良的等溫性熱管內(nèi)腔的蒸汽是處于飽和狀態(tài)，飽和蒸汽的壓力決定于飽和溫度，飽和蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段所產(chǎn)生的壓降很小，根據(jù)熱力學(xué)中的方程式可知，溫降亦很小，因而熱管具有優(yōu)良的等溫性。

　　(3)熱流密度可變性熱管可以獨立改變蒸發(fā)段或冷卻段的加熱面積，即以較小的加熱面積輸入熱量，而以較大的冷卻面積輸出熱量，或者熱管可以較大的傳熱面積輸入熱量，而以較小的冷卻面積輸出熱量，這樣即可以改變熱流密度，解決一些其他方法難以解決的傳熱難題。

　　(4)熱流方向酌可逆性一根水平放置的有芯熱管，由于其內(nèi)部循環(huán)動力是毛細力，因此任意一端受熱就可作為蒸發(fā)段，而另一端向外散熱就成為冷凝段。此特點可用于宇宙飛船和人造衛(wèi)星在空間的溫度展平，也可用于先放熱后吸熱的化學(xué)反應(yīng)器及其他裝置。

　　(5)熱二極管與熱開關(guān)性能熱管可做成熱二極管或熱開關(guān)，所謂熱二極管就是只允許熱流向一個方向流動，而不允許向相反的方向流動;熱開關(guān)則是當(dāng)熱源溫度高于某一溫度時，熱管開始工作，當(dāng)熱源溫度低于這一溫度時，熱管就不傳熱。

　　(6)恒溫特性(可控?zé)峁?普通熱管的各部分熱阻基本上不隨加熱量的變化而變，因此當(dāng)加熱量變化時，熱管備部分的溫度亦隨之變化。但人們發(fā)展了另一種熱管--可變導(dǎo)熱管，使得冷凝段的熱阻隨加熱量的增加而降低、隨加熱量的減少而增加，這樣可使熱管在加熱量大幅度變化的情況下，蒸汽溫度變化極小，實現(xiàn)溫度的控制，這就是熱管的恒溫特性。

　　(7)環(huán)境的適應(yīng)性熱管的形狀可隨熱源和冷源的條件而變化，熱管可做成電機的轉(zhuǎn)軸、燃氣輪機的葉片、鉆頭、手術(shù)刀等等，熱管也可做成分離式的，以適應(yīng)長距離或沖熱流體不能混合的情況下的換熱;熱管既可以用于地面(重力場)，也可用于空間(無重力場)。

　　上圖表示了熱管管內(nèi)汽-液交界面形狀，蒸氣質(zhì)量流量，壓力以及管壁溫度Tw和管內(nèi)蒸氣溫度Tv沿管長的變化趨勢.沿整個熱管長度，汽-液交界處的汽相與液相之間的靜壓差都與該處的局部毛細壓差相平衡。

　　Pv，冷凝液體從冷凝段流回蒸發(fā)段的壓力降Pg(Pc≥Pv+

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