熱管在當(dāng)前散熱設(shè)計(jì)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(jì)熱管時需要考慮以下因素：

1. 熱負(fù)荷或要傳遞的熱量
2. 工作溫度
3. 管材
4. 工作液
5. 毛細(xì)結(jié)構(gòu)
6. 熱管的長度和直徑
7. 蒸發(fā)區(qū)的接觸長度
8. 補(bǔ)償區(qū)的接觸長度
9. 方向
10. 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(jì)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(jì)可以克服此限制。

熱管的典型工作特性

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。

• 凹槽毛細(xì)結(jié)構(gòu)
• 毛細(xì)管極限最低，但在冷凝器位于蒸發(fā)器上方的重力輔助定向下效果最佳。
• 絲網(wǎng)毛細(xì)結(jié)構(gòu)
• 具有最均勻的棉芯，其工作原理是在蒸發(fā)器位于冷凝器上方的重力方向上進(jìn)行。
• 燒結(jié)粉末金屬毛細(xì)結(jié)構(gòu)
• 在重力方向下效果最佳。由于燒結(jié)粉末金屬芯通過金屬結(jié)合到管壁上，因此它從管壁到芯的傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)或反之亦然，是四種常見芯中最好的
• 纖維毛細(xì)結(jié)構(gòu)
• 最適合小半徑彎曲

圖1描繪了四種毛細(xì)結(jié)構(gòu)的性能?？梢钥闯?，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(jì)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峁艿慕孛娣e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?？梢钥吹剑瑹峁茉谳^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?/p>

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?。ńz網(wǎng)）。因此，熱管的彎頭可能會減少可傳輸?shù)臒崃俊D4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?，但是過度打扁會影響性能。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(jì)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。

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