熱管知識

　　熱管原理

　　熱管技術(shù)是1963年美國 LosAlamos國家實(shí)驗(yàn)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(jì)思路，擺脫了單純依靠高風(fēng)量電機(jī)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(jī)，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(diǎn)：美國 LosAlamos國家實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jì)思路，擺脫了單純依靠高風(fēng)量電機(jī)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(jī)，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(fù)壓狀態(tài)，充入適當(dāng)?shù)囊后w，這種液體沸點(diǎn)低，容易揮發(fā)。管壁有吸液芯，其由毛細(xì)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(xì)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(xì)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(jìn)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(xì)作用等流體原理，起到類似冰箱壓縮機(jī)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(yuǎn)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(diǎn)，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(diǎn)。由于其特殊的傳熱特性，因而可控制管壁溫度，避免露 點(diǎn)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(fù)1---10負(fù)4)Pa的負(fù)壓后充以適量的工作液體，使緊貼管內(nèi)壁的吸液芯毛細(xì)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(xì)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(shí)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(xì)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(shí)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?qiáng)，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(dú)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(xì)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(diǎn)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(shí)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(jī)的轉(zhuǎn)軸、燃?xì)廨啓C(jī)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(xì)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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