热管技术是 1963 年美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)*实验室的乔治格罗佛(George Grover)发明的一种称为“热管"的传热元件,它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质,透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外,其导热能力已知金属的导热能力。
热管技术发展至今有 55 年的历史。创始人的名字叫乔治格罗佛(George Grover)
热管的应用
热管(heat pipe)技术以前被广泛应用在宇航、等行业,自从被引入散热器制造行业,使得人们改变了传统散热器的设计思路,摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式,采用热管技术使得散热器即便采用低转速、低风量电机,同样可以得到满意效果,使得困扰风冷散热的噪音问题得到良好解决,开辟了散热行业新天地。现在常见于 cpu 的散热器上。从热力学的角度看,为什么热管会拥有如此良好的导热能力呢?物体的吸热、放热是相对的,凡是有温度差存在的时候,就必然出现热从高温处向低温处传递的现象。从热传递的三种方式来看(辐射、对流、传导),其中对流传导快。热管是利用介质在热端蒸发后在冷端冷凝的相变过程(即利用液体的蒸发潜热和凝结潜热),使热量快速传导。一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部是被抽成负压状态,充入适当的液体,这种液体沸点低,容易挥发。管壁有吸液芯,其由毛细多孔材料构成。热管一端为蒸发端,另外一端为冷凝端,当热管一端受热时,毛细管中的液体迅速汽化,蒸气在热扩散的动力下流向另外一端,并在冷端冷凝释放出热量,液体再沿多孔材料靠毛细作用流回蒸发端, 如此循环不止,直到热管两端温度相等(此时蒸汽热扩散停止)。这种循环是快速进行的, 热量可以被源源不断地传导开来。
热管一开始被应用到军事领域,逐渐被应用到工业节能和民用节能。
基本工作
典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成,将管内抽成 ×()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:⑴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;⑵液体在蒸发段内的(液--汽)分界面上蒸发;⑶蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段;⑷蒸汽在冷凝段内的汽.液分界面上凝结:⑸热量从(汽--液)分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源:⑹在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发段。
热管的工作是靠热量的转移来实现的;水平热管是靠毛细吸液芯中液体蒸发,蒸汽在微小的压差下流向冷凝段,再靠毛细力回到蒸发段,往返循环,实现自由切换。
工作原理
在加热热管的蒸发段,管芯内的工作液体受热蒸发,并带走热量,该热量为工作液体的
蒸发潜热,蒸汽从中心通道流向热管的冷凝段,凝结成液体,同时放出潜热,在毛细力的作用下,液体回流到蒸发段。这样,就完成了一个闭合循环,从而将大量的热量从加热段传到散热段。当加热段在下,冷却段在上,热管呈竖直放置时,工作液体的回流靠重力足可满足, 无须毛细结构的管芯,这种不具有多孔体管芯的热管被称为热虹吸管。热虹吸管结构简单, 工程上广泛应用。
热管蒸发端管外受热,管内工质吸收管外的热量,管外热源的温度降低,相变蒸汽流向冷凝段,管内凝结成液体,放出热量,管外气流吸收热量,温度升高;管内液体通过毛细力回流,再形成另外一个循环。重力热管液体是靠重力回流形成反 复循环,从而实现热管的工作。
基本特性
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。
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,不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)。
热力学第二定律说明:热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体,但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物体(克劳修斯表述);也可表述为:两物体相互摩擦的结果使功转变为热,但却不可能将这摩擦热重新转变为功而不产生其他影响。
相变传热,热阻小、传热快、导热性能高;是普通金属的几百倍到一万倍。
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