热管的基本工作原理


典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成,将管内抽成1.3×(10负1---10负4)Pa的负压后充以适量的工作液体,使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段(加热段),另一端为冷凝段(冷却段),根据应用需要在两段中间可布置绝热段。当热管的一端受热时毛纫芯中的液体蒸发汽化,蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体,液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不己,热量由热管的一端传至另—端。热管在实现这一热量转移的过程中,包含了以下六个相互关联的主要过程:
    (1)热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到(液---汽)分界面;
    (2)液体在蒸发段内的(液--汽)分界面上蒸发;
    (3)蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段;
    (4)蒸汽在冷凝段内的汽.液分界面上凝结:
    (5)热量从(汽--液)分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源:
    (6)在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸
主要是利用工作流体的蒸发与冷凝来传递热量(热管工作流体涵盖从低温应用的氦、氮,到高温应用的钠、钾等液态金属;较为常见的热管工作流体则有氨、水、丙酬及甲醇等)。热管一般是由管壳、吸液芯和端盖三个部分组成。将管内抽至较高的真空度后充以适量的工作流体,使得紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。热管有两端,分别为蒸发端(加热端)和冷凝端(散热端),两端之间间根据需要采取绝热措施。当热管的一端受热时(即两端出现温差时),毛细芯中的液体蒸发汽化,蒸汽在压差之下流向另一端放出热量并凝结成液体,液体再沿多孔材料依靠毛细作用流回蒸发端。如此循环不已,热量得以沿热管迅速传递。由于蒸发--冷凝的传热过程中,管内工作流体处于饱和状态,因此热管几乎是在等温下传递热量。热管是一种导热性能极高的被动传热元件。热管利用相变原理和毛细作用,使得它本身的热传递效率比同样材质的纯铜高出几百倍到数千倍。热管是一根真空的铜管,里面所注的工作液体是热传递的媒介。在电子散热领域里,最典型的工作液体就是纯净水。使用圆柱形铜管制成的热管是最为常见的。热管壁上有吸液芯结构。依靠吸液芯产生的毛细力,使冷凝液体从冷凝端回到蒸发端。因为热管内部抽成真空以后,在封口之前再注入液体,所以,热管内部的压力是由工作液体蒸发后的蒸汽压力决定的。只要加热热管表面,工作液体就会蒸发。蒸发端蒸汽的温度和压力都稍稍高于热管的其它部分,因此,热管内产生了压力差,促使蒸汽流向热管内较冷的一端。当蒸汽在热管壁上冷凝的时候,蒸汽放出汽化潜热,从而将热传向了冷凝端。之后,热管的吸液芯结构使冷凝后液体再回到蒸发端。只要有热源加热,这一过程就会循环进行。
热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件,具有以下基本特性。
(1)很高的导热性 热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热,热阻很小,因此具有很高的导热能力。与银、铜、铝等金属相比,单位重量的热管可多传递几个数量级的热量。当然,高导热性也是相对而言的,温差总是存在的,可能违反热力学第二定律,并且热管的传热能力受到各种因素的限制,存在着一些传热极限;热管的轴向导热性很强,径向并无太大的改善(径向热管除外)。
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