熱管基礎(chǔ)原理
最后還有個視頻，熱管的傳熱極限，歡迎觀看！
熱管設(shè)計時要考慮的事項(xiàng) 熱管在當(dāng)前散熱設(shè)計中常常使用，包括我們常見的筆記本電腦、手機(jī)等，都有熱管。 在設(shè)計熱管時需要考慮以下因素： 熱負(fù)荷或要傳遞的熱量
工作溫度
管材
工作液
毛細(xì)結(jié)構(gòu)
熱管的長度和直徑
蒸發(fā)區(qū)的接觸長度
補(bǔ)償區(qū)的接觸長度
方向
熱管彎曲和平整的影響
可以使用什么材料來構(gòu)造熱管？
特定的工作流體只能在某些溫度范圍內(nèi)起作用。 而且，特定的工作流體需要相容的容器材料以防止流體與容器之間發(fā)生腐蝕或化學(xué)反應(yīng)，因?yàn)楦g會損壞容器，并且化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生不可冷凝的氣體。 表1說明了過去研究，實(shí)驗(yàn)和商業(yè)生產(chǎn)中熱管的典型運(yùn)行特性。 例如，液氨熱管的溫度范圍為-70至+60?C，并且與鋁，鎳和不銹鋼兼容。 液氨熱管已被廣泛用于空間，并且由于其重量較輕而僅使用鋁制容器。 水熱管的溫度范圍為5到230°C，對于電子冷卻應(yīng)用最為有效，銅制容器與水兼容。 當(dāng)熱管溫度低于工作流體的凝固點(diǎn)時，熱管將不起作用。 凍結(jié)和解凍是一個設(shè)計問題，在垂直放置時可能會破壞熱管的密封接頭。 適當(dāng)?shù)墓こ毯驮O(shè)計可以克服此限制。 熱管的典型工作特性 溫度范圍（°C） 工作液 容器材質(zhì) 測得的軸向熱通量（kW /cm2） 實(shí)測表面熱通量（W /cm2） -200至-80 液氮 不銹鋼 0.067 @ -163°C 1.01 @ -163°攝氏度 -70至+60 液氨 鎳，鋁，不銹鋼 0.295 2.95 -45至+120 甲醇 銅，鎳，不銹鋼 100°C時為0.45? 75.5 @ 100°攝氏度 +5至+230 水 銅，鎳 0.67 @ 200°攝氏度 146 @ 170°攝氏度 +190至+550 汞§+ 0.02％ 鎂+ 0.001％ 不銹鋼 25.1 @ 360°攝氏度? 181 @ 750°C +400至+800 鉀§ 鎳，不銹鋼 5.6 @ 750°C 181 @ 750°C +500至+900 鈉§ 鎳，不銹鋼 9.3 @ 850°C 224 @ 760°攝氏度 +900至+1,500 鋰§ 鈮+ 1％ 鋯 2.0 @ 1,250°攝氏度 1,2 @ 1,250°C 1,500 + 2,000 銀§ 鉭+ 5％ 鎢 4.1 413
什么是毛細(xì)結(jié)構(gòu)？它如何影響熱管的性能？ 熱管有四種常見的毛細(xì)結(jié)構(gòu)， 包括凹槽，絲網(wǎng)，燒結(jié)粉末金屬和纖維。 毛細(xì)結(jié)構(gòu)襯在熱管容器的內(nèi)壁上，并允許液體通過毛細(xì)管作用從熱管的一端流到另一端。 每個毛細(xì)結(jié)構(gòu)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。 沒有完美的毛細(xì)結(jié)構(gòu)。 每個毛細(xì)結(jié)構(gòu)都有其自身的極限。 圖1描繪了四種毛細(xì)結(jié)構(gòu)的性能。 可以看出，凹槽型熱管在四個毛細(xì)管中的毛細(xì)極限最低，但在重力輔助條件下效果最好。 長度和直徑如何影響熱管的性能？ 冷凝器和蒸發(fā)器之間的蒸汽壓差決定著蒸汽在冷凝器和蒸發(fā)器之間傳播的速率。 另外，熱管的直徑和長度會影響蒸氣的傳播速度，因此在設(shè)計熱管時必須加以考慮。 熱管的較大橫截面積（即熱管的較大直徑）將允許將較大的蒸汽量從蒸發(fā)器傳輸?shù)嚼淠鳌?/span>熱管的截面積是熱管的聲波極限和夾帶極限的直接函數(shù)。 但是，熱管的工作溫度也會影響熱管的聲波極限。 圖2比較了不同直徑熱管的熱傳遞。 可以看到，熱管在較高的工作溫度下傳輸更多的熱量。 工作流體從冷凝器返回蒸發(fā)器的速率受毛細(xì)管極限的控制，并且是熱管長度的倒數(shù)函數(shù)。 較長的熱管比較短的熱管傳輸更少的熱量。
圖3表示直徑為6mm的銅水燒結(jié)粉末金屬芯熱管在各種長度和方向上傳輸?shù)臒崃俊?/span>
方向如何影響熱管的性能？ 毛細(xì)極限較高的結(jié)構(gòu)可克服重力將更多的工作流體從冷凝器傳輸?shù)秸舭l(fā)器。 但是如前所述，具有最高毛細(xì)管極限的燒結(jié)粉末金屬芯吸熱管在重力輔助條件下（蒸發(fā)器位于冷凝器上方）效果最好。 圖3顯示了重力對燒結(jié)粉末金屬熱管的影響。 熱管彎曲如何影響性能？ 如果熱管彎曲，則可以相對于彎曲半徑和每個彎曲角度減小聲極限和夾帶極限。 如果彎曲半徑太緊，則燈芯可能會破裂（粉末金屬燒結(jié)）或塌陷并被夾住（絲網(wǎng)）。 因此，熱管的彎頭可能會減少可傳輸?shù)臒崃俊?/span> 圖4說明了直徑為6mm x 300mm長的熱管的蒸發(fā)器和冷凝器之間的溫差的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該熱管以30°的彎曲間隔從筆直彎曲到180°U彎曲。 彎曲半徑是Enertron建議的最小彎曲半徑，是管道直徑的3倍或18 mm。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，如果彎曲半徑等于或大于3倍，則彎曲不會影響性能。 熱管打扁如何影響熱管的性能？ 如果將熱管壓扁，則相對于壓扁的厚度，聲極限和夾帶極限將減小。 因此，對熱管的過度扁平化將減少可傳輸?shù)臒崃浚踔镣耆枞羝ㄟ^。 右圖顯示了一個燒結(jié)的粉末金屬芯吸熱管，該管過平并且蒸汽通道被阻塞。 圖5說明了直徑為6mm的300mm長的熱管的蒸發(fā)器和冷凝器之間的溫度差的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該溫度差是圓形的，扁平化為3.5mm和2.5mm的厚度。 該實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，適當(dāng)?shù)拇虮獠粫绊懶阅埽沁^度打扁會影響性能。 如果打扁后蒸汽通道厚度大于 2mm，則與圓形管道相比，性能不會降低。 熱管平均工作溫度如何影響性能？ 熱管的平均工作溫度會影響熱管的性能。 平均溫度越高，性能越好。 這是由于在較高溫度下工作流體的粘度較低，這使得更多工作流體能夠通過冷凝器從蒸發(fā)器流到油芯。 在更高的溫度下，工作流體也可以更易揮發(fā)地變成氣態(tài)。 圖6顯示了通過測試6mm直徑乘250 mm長的銅水燒結(jié)粉末金屬芯熱管的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 通過改變冷凝器的冷卻液溫度并將方向從-90度（相對重力）更改為+90度（輔助重力），將30瓦熱量輸入到蒸發(fā)器中， 熱管可靠嗎？ 熱管沒有活動部件，可靠性非常高。 但是，在設(shè)計和制造熱管時必須小心。 兩個制造因素會降低熱管可靠性 ：密封性和清潔度。 熱管中的任何泄漏最終都會使熱管失效。 如果內(nèi)部腔室沒有徹底清潔，則當(dāng)熱管受熱時，殘留物將產(chǎn)生不可冷凝的氣體并降低管的性能。 管道彎曲和展平不當(dāng)也會導(dǎo)致管道密封件泄漏。 有一些外部因素也可能縮短熱管的壽命，例如沖擊，振動，力沖擊，熱沖擊和腐蝕環(huán)境。 熱管的傳熱極限
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