热管技术

热管技术

处理器高速发展，发热量也与日俱增

在过去几年里，得益于Intel和AMD的竞争，CPU前进的步伐从未停止过，从单核发展到双核，再到四核，频率从几百MHz提升到数千MHz，用户在感觉科技日新月异的同时，两家也赚得盆满钵盈。然而在残酷的你追我赶性能竞争中，CPU功耗的增长甚至比频率的提升更为迅速，从早期的十数W（TDP）增长到现在的上百W（TDP)。

CPU

看下英特尔和AMD旗下两个处理器的数据：

◆AMD AM2 FX-62 Daul Core 2.8G TDP 125W（2006年发布）

◆Intel Pentium 4 Extreme Edition 3.73G TDP 115W（2005年发布）

英特尔和AMD为了甩开对手，屈从于利益，功耗往往是性能之后的考虑。所幸的是，TDP在达到了100多W这样恐怖的数值时，英特尔和AMD都意识到单纯增加频率已经很难有所突破，功耗已经成为性能提升的瓶颈。实际上，制约CPU发展的一个重要问题就是散热问题。目前的台式机CPU，TDP功耗超过100W基本是不可取的，比较理想的数值是低于50W。

英特尔和AMD开始改良架构，设计新的核心，2006年英特尔发布的Conroe系列开始有了大幅改善，Core 2 Duo TDP只有65W，改进的Core 2 Quadro TDP为95W。AMD Socket AM2也为小型系统设计了TDP 功耗为35W和65W的版本。

第三方实测的目前主流

在主流CPU市场，TDP的增加暂时得到了控制，但在高端市场，仍不容忽视，AMD的代号K10的发烧平台Phenom FX，其TDP将达到120W，而Intel Core 2 Extreme QX6850，会在今年第三季度发布，TDP 高达130W。

实际上CPU的真实功耗要比TDP值大得多，CPU巨大的发热量最后都是谁来买单呢？答案是很明显的，买单的只能是我们这些用户。我们不得不付出更多的精力和金钱，去安抚那颗足以“煎鸡蛋”的处理器。

《春田花花》中的鸡蛋就是

有人愁自然有人喜。也许散热器厂商们真的需要好好谢谢Intel以及AMD在追求处理器高频率路上的不断努力，处理器功耗的不断增加，让那些PC散热器厂商着实喜出望外。它们想尽办法改进散热方式，推出各种各样的散热器。散热器的制造技术和工艺显然不能和CPU相比，但也和TDP变化一样，几年来有了非常长足的进步。最显著的变化当然是体积上的几何级增长，从最初的CPU上的小铝片长大为结构复杂、重达近千克的巨无霸。

早前

热管风冷，当前中高端主流散热方式

为了应付处理器不断增长的散热需求，散热器的发展也日新月异，先前是以开发散热片的材质为主导，从铝材发展到铝＋铜，再到纯铜散热器。然而当处理器TDP达到一定高度后，仅靠改善散热片制造原料和增加散热器体积来提升散热效率，很难再有提高和突破。各大生产散热器厂家开始以散热方式为技术变革的方向，从风冷、半导体制冷到热管，再到水冷、水+冰冷甚至更极端的干冷和液氮制冷。

在2003年，业界就有人提出“风冷还能坚持多久”的疑惑，挤压热表面，实现高低不等能量体传递能量，这几乎是当时风冷散热一致性的散热传导模式，普通的风冷模式确实跟不上处理器TDP发展的脚步。而当水冷散热器刚刚显身之时，因为其良好的散热能力，人们似乎一下发现了新大陆，纷纷预测未来将是水冷的天下。

水冷散热，仍然只是少数人的宠儿

几年时间过去了，水冷仍然只在少部分玩家中使用，一直未跻身主流行列。虽然从散热性能上看还是以水冷占优势，但是它价格偏高，安装不易，占空间大，且安全性低，另外水(或者其它替代液体)会有变质和内部材料氧化的问题。

除水冷自身缺点以外，使它衰落的另一个原因则是热管的出现。当热管进入到PC领域后，传热材料的散热技术获取了突破从而令人们放弃了水冷，所以水冷的发挥空间正在逐渐变小，未来将慢慢淡出市场，热管式风冷是目前主要的散热方式。

值得我们注意的，就是CPU的发热量增加速度已经放缓，预计未来3年内TDP功率超过130W的怪物级主流CPU不会再出现，而目前的热管风冷技术已经足够满足CPU的散热需求。随着热管产能增加与工艺的成熟，我们预计热管散热器的售价也会进一步下调，从目前的中高端市场进入低端市场，被更多用户选择。

热管技术简析

热管散热是一种利用相变过程中要吸收/散发热量的性质来进行冷却的技术，1963年由美国Los Alamos 国家实验室的G.M.Grover发明，并率先由IBM最初引入笔记本中。热管的出现已经有数十年的历史，而在PC散热领域被广泛采用还是近些年的事，但发展迅猛。小到CPU散热器、显卡/主板散热器，大到机箱，我们都可以看到热管的身影。

热管具有热传递速度极快的优点，安装至散热器中可以有效的降低热阻值，增加散热效率。它通过在全封闭真空管内工质的汽、液相变来传递热量，具有极高的导热性，高达纯铜导热能力的上百倍，有“热超导体”之美称。工艺过关、设计出色的热管CPU散热器，将具有普通无热管风冷散热器无法达到的强劲性能。

◆热管工作原理

热管工作示意图

从技术角度看，热管的核心作用提高热传递的效率，将热量快速从热源带离，而非一般意义上所说的“散热”——这则涵括与外界环境进行热交换的过程。热管的动作温度范围十分宽广。从零下200度～1000度均可使用热管导热。

热管的工作原理很简单，热管分为蒸发受热端和冷凝端两部分（具体到产品上，受热端就是和散热器底座接触的部分）。当受热端开始受热的时候，管壁周围的液体就会瞬间汽化，产生蒸气，此时这部分的

压力就会变大，蒸气流在压力的牵引下向冷凝端流动。蒸气流到达冷凝端后冷凝成液体，同时也放出大量的热量，最后借助毛细力回到蒸发受热端完成一次循环。

典型的热管是由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽到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），根据需要可以在两段中间布置绝热段。

◆烧结热管和沟槽热管

液体冷凝的过程会采用到毛细原理，因此毛细结构是一根合格热管产品的核心。它主要有三个作用：一是提供冷凝端液体回流蒸发端的通道，二是提供内壁与液体/蒸气进行热传导的通道，三是提供液气产生毛细压力所必须的孔隙。毛细结构分为四种：丝网、沟槽、粉末烧结与纤维四种。在PC散热器上，大部分都是沟槽与粉末烧结两类结构，POWDER（烧结热管）占80% ；GROOVE（沟槽热管）占20%。

烧结式热管

烧结式热管，其毛细结构是通过高温下铜粉烧结制造而成的。我们最常见的水介质烧结式热管制造流程大致为：选取99.5％纯度的铜粉，铜粉单体粒径控制在75～150微米。使用工具将外径5mm红铜管内部清除干净，去除毛刺，接着将铜管放到稀硫酸中使用超声波清洗。清洗干净之后我们将得到一根内外壁皆十分光滑、无氧化物的铜管。此时将一根细钢棍插到铜管里（需要工具精确地将钢棍儿固定在铜管的中央，以方便铜粉均匀填充），将铜管底部用铜片暂时封闭。接着就可以把纯铜粉倒入铜管了。装填完毕之后就可以拿到烧结炉进行烧结。在烧结过程中，温度的把控也很重要。烧结完成之后使用一个辅助工具把铜管加紧，使用工具把钢棍抽出即可。

严格按照上述流程制造的烧结式热管，每个部分的毛细结构渗透率都应该大致相同，铜粉烧结块分布厚度大致均匀。当我们拆开热管仔细观察，就可以发现该热管的烧结工艺是否过关了。

沟漕式热管

沟槽式热管是热管毛细结构中比较制造简单的一种，采用整体成型工艺制造，成本是一般烧结式热管的2/3。沟槽式热管生产方便，但缺点十分明显。沟槽式热管对沟槽深度和宽度要求很高，而且其方向性很强。当热管出现大弯折的时候，沟槽式方向性的特性就成了致命缺点，导致导热性能大幅度下跌。

目前市面中有些廉价的热管散热器，这其中也包括了某些显卡散热器，虽然采用了热管，基本上沟槽式的，因此性能必然不会像高端热管那样优秀，不能对这种产品的散热性能抱以过多的希望。

◆热管的弯曲

热管直通的状态下具有最好的热传递效能。但是在实际使用中，热管经常要被弯曲。弯曲后的热传递性能会出现不同程度下降，这也与工艺好坏有密切联系。热管弯曲有一点必须要注意：在弯曲部位要尽量保持直径无变化，或是变化很小。如果出现严重形变，比如本来圆柱形的外壁变成扁平形状，则会大幅降低热传导性能，因为过大的形变会导致热管内部的毛细结构部分中断。

比较好的弯曲处理方式，无明显变形

沟槽热管在这方面非常敏感，当沟槽管弯曲90度，导热性能大降，甚至只能达到原来性能的1/2。部分采用沟槽管的散热器甚至将其弯曲180度，那样的效果可想而知了。而烧结式热管在弯曲时的敏感度就小多了，虽然弯曲后性能也会有部分下降，但是并不明显。一般高端的热管散热器中可以见到烧结管的身影。

如果价格非常低（双热管或以上）并且弯曲角度很小（最多90度）的，大多数都是采用沟槽管的。多道弯曲的都是采用烧结管（当然并不绝对，但是基本如此）。

◆热管的直径

以热管长度均为150mm计算，经过有关权威机构测试，直径为3mm的热管其热阻值为0.33（测试物体温度变化区间60～90度）。而直径为5mm的时候，热阻立刻降到了0.11，已经可以满足绝大部分场合对导热的要求了。而当热管直径扩大到8mm的时候，热阻竟然达到了0.0625，这是大部分金属材质散热器难以企及的热阻。

不同直径的热管，最大导热量区别有多大呢？台湾某研究所给出了一组参考数值。直径为3mm的正品热管，2.8个标准热传递周期中只能传递15W（15焦耳/s）的热量。而直径为5mm的热管，在1.8个热传递周期最大热量传递达到了45W，是3mm热管的3倍！而8mm的热管产品只需0.6个周期就可以传递高达80W的热量。如此高的传热量，如果没有良好的散热片设计和风扇配合，很容易导致热量无法正常发散。

8mm

显然，热管的直径对传热有很明显的影响，越大效果超好，目前中高端热管散热器中多采用6mm的热管，也有个别是用的8mm产品。

◆热管与鳍片的结合

热管有着优秀的热传导能力，能将处理器的热量很快的转移走，但要依靠热管那小小的散热面积将热量转到空气中是不可能，必须借助更多的散热鳍片。因此热管与鳍片如何完美结合，是非常关键的。目前主要有两种方式，焊接和穿fin。

热管与散热鳍片采用焊接方式

热管与鳍片最常见的连接工艺就是焊接，界面热阻值较低，但是成本较高。比如铝鳍片与铜热管焊接，则需要先将热管表面电镀镍，方可与铝鳍片焊接到一起。焊接热管的工艺都有一个很明显的特征，就是在热管上方有焊孔。焊接过程中产生的气泡和不均匀都会导致散热效率受损。

热管与散热鳍片采用穿

穿Fin就是通过机械手段让热管直接穿过鳍片。这种工艺成本很低，工序简单，但是对工艺本身的技术要求较高，否则很容易使热管与鳍片之间的接触不紧密而导致界面热阻过高。合格的穿Fin工艺加工出来的散热器，热管与鳍片截面热阻几乎完全等同于焊接，但成本却能大幅降低。实际上，穿Fin工艺是AVC 的专利技术，使得AVC散热器既能有强大的散热性能，还可保持相对低廉的售价。富士康的冲压铆接技术与穿fin类似。

焊接与穿Fin在性能上基本没有差别。但是在成本方面，焊接会比穿Fin高出每热管1美元左右的幅度，所以焊接工艺的热管散热器价格普遍都比较高。

当前中高端风冷散热器特点

中高端风冷散热器，足以应付现在的主流CPU散热需求。最显著的特点是热管的全面应用，并且是多热管方式（4根以上），热管普遍采用烧结式热管，直径多为6mm。除了成熟的热管技术应用外，还有些其它特点：

◆侧向吹风

有些事件在悄悄改变，比如散热器风扇的安装方式。传统的散热器安装方式是风扇在顶部，气流朝下，即垂直于CPU。现在多数在改进风道设计，风扇改为侧向吹风，让气流的方向平行于CPU。

侧向吹风的首要好处是彻底解决风力盲区，因为气流是平行通过散热鳍片的，气流截面的四条边上的气流速度最快，而CPU的发热点正好位于一条边上。这样CPU散热底座吸收的热量可以被及时带走。另外一个好处是没有反弹的风压（通常向下吹风时，一部分气流冲至散热底面并反弹，这会影响散热器内的气流运动方向，使的热交换的效率受到损失）。热交换效率要高于向下吹风。

现在更多的是侧向吹风方式

当然侧面吹风的也有缺点，就是不能直接吹到到热源——底面。所以，侧面进风的关键就是如何尽快的把底面的热量带到风道。这就给热管有了发挥的舞台，热管+密集散热鳍片的配置，让底部的热量尽快传递到散热鳍片上。

◆多平台适应

以前的散热器，也分为英特尔和AMD两个阵营，散热器应用空间窄。发展到今天，厂商为了抢得更多市场份额，争取更多的用户，基本上可以多平台应用，一方面保护了消费者的投资，另一方面又增加了自己的潜在用户。

◆更加人性化的低噪音工作

除了散热效果之外，风扇的工作噪音也是人们普遍关注的问题。现在的中高端风冷散热器在保障散热能力之外，开始采用低速的大风扇（满速时2000转左右），以降低噪音。90mm的风扇被广泛使用，更甚至120mm，最终目的都是为了降噪。

风扇噪音与摩擦力、空气流动有关。风扇转速越高、风量越大，造成的噪音也会越大，另外风扇自身的震动也是不可忽视的因素。当然高品质的风扇的自身震动会很小，但前面两个者却是难以克服的。要解决这个问题，我们可以尝试使用尺寸较大的风扇。应在在风量相同的情况下，大风扇在较低转速时的工作噪声要小于小风扇在高转速时的工作噪声。

能够装在前置面板的风扇调速器

有时在环境温度较低时，不需要风扇满速工作，一些厂商特意设计出可调节风扇转速的散热器，分手动和自动两种。手动的主要是让用户可以在使用低转速获得低噪音，使用高转速获得好的散热效果。自动类调温散热器一般带有一个温控感应器，能够根据当前的工作温度（如散热片的温度）自动控制风扇的转

速，温度高则提高转速，温度低则降低转速，以达到一个动态的平衡，从而让风噪与散热效果保持一个最佳的结合点。

◆4Pin PWM风扇接口较少

Intel推出的新4Pin风扇接口，这比传统的3Pin风扇接口要多出了一针。

设计上4Pin和3Pin的插头/插座都可以互相兼容，多出来的一脚是用来传输风扇转速控制信号的。

典型的4Pin PWM电路应用图，使用了ICH8系列南桥新增加的Fan Hub部件（其他南桥则一般使用LPC芯片集成的相应电路），按照Intel的规范，4Pin PWM的频率为21kHz-28kHz，Intel建议使用25kHz 的频率。使用PWM信号的方式，整个系统可以更精确地按照CPU给出的温度信息控制风扇的工作状态，这个控制的精度要比以往的3Pin 模拟调压的方式更为精确，而且可以避免一些风扇并不兼容调压工作状态的现象（一些风扇电机要求稳定的12V供电）。

新的Intel主板基本都应用了4Pin PWM风扇电路，甚至AMD平台上也开始出现，而目前中高端散热器中使用4Pin风扇产品显得略少。

◆过于夸张的体积和重量

为了固定散热器，就需要使用扣具，Intel给出了官方散热器扣具的详细设计图，然而大多数风扇因为更大更重而使用了更稳固的固定方式，一些用于兼容多平台的风扇则不可避免地跳过官方散热器扣具设计。

散热器的长度达到了主板宽度了

为了保护CPU和主板，按照Intel使用的弹性扣具，散热器的总重量被限制在550克以下，然而现在很多高端处理器为了取得更好的散热效果，不少都超出了这个重量。虽然良好设计的扣具可以负担更大的重量，然而对主板本身的应力（剪切力）却难以避免，在注意重量的同时我们还要注意到散热器的结构分布——即是为了注意重心的位置，重心离主板越远，在竖立的状态下（一般的主板在放入机箱之后都是如此）产生的力矩就越大，对主板的应力就越大。因此低矮外形的散热器在这方面就更有优点。

◆华而不实的LED灯

很多散热风扇开始流行使用发光二极管营造色彩，在黑夜里看起来炫目多彩，的确有时候能吸引不少眼球，厂家以此作为一个卖点，本也无可厚非。

内置

但是电脑作为实用主义的东西，尤其是风扇这种消耗品，过多的在其上增加二极管并没有什么真正的意义，甚至有可能影响风扇的转速。从这里我们似乎又看到了后DIY时代华而不实的风格。

热管技术综述

热管技术综述 热管作为一种具有高换热率、结构简单、工作可靠、良好的等温性等优良性能的换热元件，在生产生活中有着广泛的应用，本文就热管的基本工作原理与形式、几种具体热管的研究现状、热管的应用几方面进行综述。 普通的热管通常由蒸发段和冷凝段组成，中间根据需要可布置绝热段。制造时先将内部抽成负压，再填装工质；工作时，工质从热源吸热蒸发，在小压差作用下流向冷凝段，在冷凝段放热冷凝，凝结液通过壁面金属网或多孔材料（吸液芯）的毛细力作用流回蒸发段，如此循环往复，实现热量由热源向冷源的传递。 在上述基本工作原理下，实际使用中的热管根据环境与用途可能又会有差异。在不同的温度下，热管的工质是不同的，选用工质时需要考虑在工作温度区间内工质要有良好的热性能、与热管材料有较好的兼容性等；在低温下（4~200K），通常会选用氦、氖、氮、氧、甲烷等工质，在中温下（200~700K，这是使用很广泛的温度区间），水具有良好热性能，氨由于与铝、钢等工程材料有更好地相容性也是很好的选择；在高温时（大于700K），通常会采用液态金属，如银、铯、钾、纳、锂等。在液体回流方式上，除了上述的靠毛细力回流外，在某些场合可将热管倾斜或垂直放置使用，这就是重力热管，此时不再需要吸液芯，结构简化，生产方便成本低；另外还有使用磁流体工质、提供旋转离心力、利用渗透力等其他回流方式的热管。实际使用中，根据使用环境的不同，可将热管做成各种形式，如圆柱形、环形、星形等。作为上述使用相变换热原理的热管的延伸，还有使用化学反应的焓变来代替相变的焓变的化学热管，其基本原理是通过可逆反应（又叫蓄热反应）在冷热源处的不同方向的反应热效应相反来实现热量的传递，可以想见，这类热管的重要课题是寻找可逆性好、正反反应速度都很大的蓄热反应。 热管具有众多优点：由于热管通过相变换热同时内部热阻小，其传热系数很大；由于工质蒸汽的饱和蒸汽压决定温度，它的等温性很好；由于内部压力小，蒸发段受热后蒸汽以近似音速前进，故响应特性好；同时机构简单，体积小、重量轻，维修方便；没有运动件，工作可靠；可工作在失重状态，从而可用于空间器件。上述优良性能使热管获得了广泛的应用。 热管有各种各样的种类，一些新型的热管如平板热管、环路热管、脉动热管等。 平板热管是由两块平行的板壳和吸液芯组成，通道截面为扁平的矩形。目前，出现了由多个微型热管平行排列组成的新型平板热管，它的两块平行紫铜板中间采用焊接的方式固定若干互相平行的细铜丝，其中每相邻两根铜丝和上下两块紫铜板之间围成一个通道，通道截面由两条半圆曲线和两条平行直线构成。平板热管具有质量轻、良好的启动性和均温性的优势，用热管基板代替金属基板能大大强化基板的热扩散，为与电子元件一体化封装提供了条件，因此平板热管成为目前电子元件散热方面的研究热点，在国外已经得到应用，然而在国内还没有很好实现产业化，主要原因是：虽然目前关于平板热管的研究较多，但平板热管的内部结构优化缺乏完善的理论模型指导设计；已有学者通过建立复杂的三维模型来分析平板热管，但研究还不够深入，尚待加强；加工制造上，对于提高平板热管的尺寸精度、毛细结构的附着等仍存在许多问题，必须改进加工技术与封装工艺。这些都当成为平板热管进一步开发研究实现产业化的努力方向。 环路热管是一种新型热控技术，正逐渐应用于空间飞行器的热控制，成为高功率航天器热控制的有效控制手段之一，同时也是各国航天部门研究的重要内容。

热管技术及其工程应用

热管技术及其工程应用(2) 晨怡热管2007-6-9 22:07:05 第二章热管及其特性 热管：是一种传热性极好的人工构件，常用的热管由三部分组成：主体为一根封闭的金属管（管壳），内部空腔内有少量工作介质（工作液）和毛细结构（管芯），管内的空气及其他杂物必须排除在外。热管工作时利用了三种物理学原理： ⑴在真空状态下，液体的沸点降低； ⑵同种物质的汽化潜热比显热高的多； ⑶多孔毛细结构对液体的抽吸力可使液体流动。 从传热状况看，热管沿轴向可分为蒸发段，绝热段和冷凝段三部分。 一.热管的组成 图2.1 热管示意图 1—管壳；2—管芯；3—蒸汽腔；4—工作液 国外资料: (From https://www.wendangku.net/doc/c89677373.html,) A traditional heat pipe is a hollow cylinder filled with a vaporizable liquid. A. Heat is absorbed in the evaporating section. B. Fluid boils to vapor phase. C. Heat is released from the upper part of cylinder to the environment; vapor condenses to liquid phase. D. Liquid returns by gravity to the lower part of cylinder (evaporating section).

(Heat Pipes for Dehumidification(除湿气) 热管的管壳是受压部件，要求由高导热率、耐压、耐热应力的材料制造。在材料的选择上必须考虑到热管在长期运行中管壳无腐蚀，工质与管壳不发生化学反应，不产生气体。 管壳材料有多种，以不锈钢、铜、铝、镍等较多，也可用贵重金属铌、钽或玻璃、陶瓷等。管壳的作用是将热管的工作部分封闭起来，在热端和冷端接受和放出热量，并承受管内外压力不等时所产生的压力差。 热管的管芯是一种紧贴管壳内壁的毛细结构，通常用多层金属丝网或纤维、布等以衬里形式紧贴内壁以减小接触热阻，衬里也可由多孔陶瓷或烧结金属构成。如右图所示为几种不同的管芯的结果示意图

浅议热管技术及其在热能工程中的应用参考文本

浅议热管技术及其在热能工程中的应用参考文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月

浅议热管技术及其在热能工程中的应用 参考文本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 热管技术现在运用的越来越频繁，本文对热管的基本 组成，热管的工作原理，以及热管的分类和热管在应用的 过程中，所要解决的技术关键做了详细的分析，并且对热 管技术在热能工程的应用进行了分析和研究，给以后的热 管研究提供了参考。 随着科学技术的发展越来越快，热能工程的发展也是 与日俱进，热管技术也投入到了应用。热管的导热系数非 常高，是铝、银等金属的上千倍。如果使用热管技术，热 管的截面非常的小，并且不需要加入任何的动力就可以让 巨大的热能，进行传输。因此，热管在热能工程的应用越 来越广泛。

热管的组成和原理 1.1.热管的组成 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： 1.1.1.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； 1.1. 2.液体在蒸发段内的（液－－汽）分界面上蒸发；

热管技术及其在热能工程中的应用

文章编号：1004-8774（2003）03-24-04 热管技术及其在热能工程中的应用 收稿日期：2002-09-09 何天荣 （湖南大学衡阳分校，湖南421101） 摘要：热管技术越来越得到人们的重视，热管的应用也日益广泛。然而，热管技术在热能动力工程上的应用还处于初期阶段。文章在介绍热管技术基本知识的基础上，介绍了热管技术在热能工程中的应用的几个方面及安全问题，用以推动热管技术的进一步发展。 关键词：热管技术；热能工程；应用与安全 中图分类号：Tk172.4 文献标识码：B Heat Pipe Technology and its Application in Thermal Engineering HE Tian-rong Abstract：Heat pipe technoIogy is getting more and more regards，and its appIications are aIso extensive increasingIy. However，in thermaI power engineering，it is stiII being earIy stage.In this paper，after the basic knowIedge of heat pipe technoIogy is introduced，we anaIyze severaI kinds of appIication of heat pipe technoIogy in thermaI engineering and security probIem thereof，in order to impeI it to deveIop further. Key words：Heat pipe technology；Thermal engineering；Application and security 1 前言 1964年热管诞生于美国的洛斯?阿拉莫斯（Los AIamos）科学实验室，1967年该实验室首次将一支实验用水热管送上了地球卫星轨道，1968年热管第一次用于测地卫星GEOS-!，用来控制仪器的温度。除空间技术外，热管相继为电子工业所采用，用来冷却电子管、半导体元件和集成电路板等电子元件，并应用于机械、电机部件的冷却。20世纪70年代热管应用于医用手术刀，随后应用的新领域是能源工程。国外用于余热回收和空调的热管换热器已部分商品化。并开展了热管技术在太阳能和地热利用方面的研究。1972年我国研制出第一根热管，它是以钠为工质的，接着研制了以氨、水、导热油为工质的热管。 热管除了在宇航、石化、电子、机械、轻纺工业及医学上的应用外，目前热管已逐渐应用于热能工程，并显示出它的强大优势。 2 热管的基本结构及原理 2.1 热管的基本结构 热管是由管壳、管芯（或称吸液管）和工作液体三部分组成，如图1所示。管壳是由碳钢、不锈钢、铜等金属材料制造的能承受一定压力的完全密闭的管状容器，内部空腔具有较高的原始真空度。管芯是紧贴管壁的由毛细多孔结构材料制成，它一般为金属丝网或烧结的金属粉末。工业用热管也有采用槽道吸液结构或丝网与槽道复合结构。工作液体是热管工作时传递热量的工作介质，一般有水、氨、甲醇、丙酮、R-21、R-113等，其中水的工作范围为45~210C。工作液在热管内呈气态和液态两种工作状态，它是在热管处于真空状态下被充入，并填满毛细材料中的微孔，然后予以密封的。 2.2 热管的工作原理 如图1所示，热管一端为蒸发段，中间一段为绝热段（即与外界无热交换），另一端为冷凝段。当蒸发段受热时，毛细材料中的液体蒸发产生蒸汽流向另一端冷凝段。冷凝端由于放热冷却使蒸汽又凝结成液体，液体再沿毛细多孔材料流回蒸发段，如此不断循环，将热量从一端传到另一端。从热管内部的工作过程来看，也对应分成三个工作段，即汽化段、输运段和放热凝结段。利用这种原理工作的热管称为毛细管式热管。 42工业锅炉2003年第2期（总第78期）

谈锅炉热管技术的应用

谈锅炉热管技术的应用 【摘要】热管科技在多种热能源领域都有运用，热管一般作用是节约热能主要针对于热损失，热管作用于热能设备时回收废热减少热损耗，降低热能原材料使用数量，节约了供热原材料的使用，实现在社会上比较主流的节能科技产品，本文主要针对锅炉内热管技术应用进行浅析。 【关键词】锅炉；热管；技术；应用 热管的工作原理是利用密封罐装工业装填吸收热量液体，在装置中保持密封的工业液体吸收热量产生蒸汽，由于管内密封因此工业蒸汽不泄露，从而保证此类热量在短时间内不向外流失，从而达到热保持效用，热管的工作原理其实就是利用工业液体蒸发产生热转移，在热量过多时转移部分能量，在热量不足时释放热量，起到盐城温度保持的作用，从能量散发处着手保护能量不大量外流失。 1.热管的热量保持特点 热管是专门将电能转化为热能的电器元件，由于其价格便宜，使用方便，无污染，被广泛使用在各种加热场合。那么电能加热设备与其他能源加热相比，其具有的独特特点是什么？接下来分析电热管电能加热设备独特的特点。热管加热设备与其他形式能源的加热比较中，具有如下优点。 （1）加热清洁卫生，无烟灰、油污和环境污染。 （2）热效率高。与其他能源相比，煤的热效率约为12%～20%，液体燃料的热效率约为20%～40%，气体燃料的热效率约为50%～60“，蒸汽热效率约为45%～60%，而电能热效率约为50%～95%。 （3）电热方法有可能在极小的范围内集中产生大量热能，因而可以高速加热并达到预定的温度。 （4）电热功率可以方便地调节，因而易于调节温度，容易实现自动化控制。 （5）热惯性小，温度控制精度高，加热效果好。 （6）不需要环境气氛条件，不像燃料燃烧时需要借助于氧气，因此被加热物不易氧化。 （7）电热产品、电热设备容易做得结构紧凑，便于维修，可大大改善操作者的劳动条件。 （8）一次性投资较大，维修费用少。

热管技术的应用展望

第28卷第3期2006年9月 甘　肃　冶　金 G ANS U　MET ALLURGY Vol.28　No.3 Sep.,2006 文章编号:167224461(2006)0320098202 热管技术的应用展望 魏新宇1,李树勋2,吴　奇2 (1.西安航空技术高等专科学校动力工程系,陕西　西安　710077; 2.兰州理工大学石油化工学院,甘肃　兰州　730050) 摘　要:简单介绍了热管的基本原理、性能特点,以及热管在各个领域的实际应用,总结出热管及热管换热器的发展前景。 关键词:热管;应用;进展 中图分类号:TK172.4 文献标识码:A Appli ca ti on and D evelop m en t of Hea t P i pe Technology W E I Xin2yu1,L I Shu2xun2,WU Q i2 (1.Xi′an Aer otechnical College,Xi′an710077,China; https://www.wendangku.net/doc/c89677373.html,nzhou University of Tech.,Lanzhou730050,China) Abstract:I n this paper,the p r operties,characteristics and the app licati on of heat p i pe in s ome fields are su mmarized, then analyzed the p resent status and discussed its devel op ing tendency in the future. Key words:heat p i pe;app licati on;devel opment 1　引言 热管的构想1942年首次由美国人R S Ganger提出。1964年,美国Loe A la m科学实验室的G M Gr over及其合作者T P Cotter与G F Ebon制成高温钠热管,并定名为Heat Pi pe。40多年来,美、日、德、意、英、法、原苏联等国相继对热管的理论和应用开展了大量的试验研究,使之发展速度较快。热管是利用密闭管内工质的蒸发和冷凝来进行传热,其热阻很小。它是由管壳、起毛细管作用的多孔物质———管芯以及传递热能的工质等组成的一个高真空封闭系统。在热管内部,因热量的传递是通过沸腾、冷凝过程进行,沸腾与冷凝系数都很大,蒸汽流动阻力小,则管壁温度相当均匀。由热管的传热量和相应的管壁温差折算而得的表观导热系数,是最优良金属导热体的100～1000倍[123]。 热管以其优良的性能首先在卫星的温度控制上使用,随即在电子、电机的散热冷却和余热利用等诸方面得到普遍应用。目前,在世界范围内,从空间到地面,从军工到民用,在航天、航空、电子、电机、核工业、热工、建筑、医疗、温度调节、余热回收以及太阳能与地热利用等方面已有数以万计的热管正在运行中。1972年,我国第一根自制钠热管成功地投入运行,之后从航天技术到民用工业,热管技术都取得进展并获得应用。一些高校和科研单位在热管技术的应用和基础研究方面做了大量工作,促使热管在空间技术、电子电器、能源动力、化工、轻工、冶金等多方面获得应用[1]。 2　热管技术的扩展与展望 2.1　热管的小型微型化 在容积受限的条件下,普通的换热措施无法实现,一般热管也难以安置,小型和微型热管的发展解决了这一难题。微型热管一般指直径10～500μm、长约10～30mm、无吸液芯的热管。美国研制的小型手持开式液氮热管手术器,质量仅1kg,包括液氮贮存器、热管和探针尖3大件。借助毛细作用,使液氮从贮存器流过305mm长的探针内腔到达镀金的铜尖,液氮蒸发吸收汽化潜热由尼龙帽排出,保证在半小时内探针尖温度都在77K(-196℃)左右,可用以冻杀肿瘤组织[3]。日本开发的一种热管温热治疗仪,是外径1.48 mm、内径1.l mm的不锈钢热管,蒸发段外设循环恒温的热水管套,控制热管的运行温度,冷凝段制成针头状,可刺入皮下数十毫米,保持针头43～46℃温热以杀死癌细胞[2]。 传统的台式计算机和笔记本电脑的中央处理器(CP U)都使用微型风扇和金属翅片来散热冷却,散热量一般为2～4W。随着计算机技术的飞速发展,高性能的CP U的发热量增加了5～6倍,以后的发热量就会越来越大,将会达到5～12W或者更高,常规的自然散热方式及风扇强制散热都难以满足要求。热管散热有体积紧凑、无噪音、高度可靠性等优点,是首选的散热手段。用于笔记本电脑散热的热管属于小型热管,热管的外径为3～5mm,内径一般为2.6～4mm,长度一般小于300mm,可以弯成各种形状。见图1。 2.2　热管的大型超大型化 大容量的余热回收、融化道路积雪(防冻)、地下电力电缆的冷却、地下煤气化的冷却以及地热开发利用和保持永久冻土层的稳定等领域都要求热管的大型甚至超大型化。据报道,20世纪末世界最大的热管直径达300mm,长度达

热管技术及其在多年冻土工程中的应用研究

第27卷 第6期 岩 土 工 程 学 报 Vol.27 No.6 2005年 6月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering June, 2005 热管技术及其在多年冻土工程中的应用研究 Thermosyphon technology and its application in permafrost 杨永平1,2，魏庆朝2，周顺华1，张鲁新2 (1. 同济大学 道路与铁道工程教育部重点实验室，上海 200331; 2. 北京交通大学 土建学院，北京 100044) 摘 要：热管技术是国外寒区工程中广泛使用的一项主动冷却地基土体的技术，青藏铁路修建之前，国内很少对此技术进行研究。本文针对应用于青藏铁路多年冻土工程中的热管类型，通过国内外的研究资料，综述了与青藏铁路热管应用效果相关的理论研究与工程实践成果。由于青藏铁路沿线独有的气候和冻土条件，文中的理论与实践方法与参数虽然不能简单照搬应用于青藏铁路的设计，但是可以对青藏铁路多年冻土区热管的设计与应用起到借鉴的作用。 关键词：青藏铁路；热管；多年冻土；综述 中图分类号：U 416文献标识码：A文章编号：2005–4548(2005)06–0698–09 作者简介：杨永平（1976– ），男，博士，2004年12月于北京交通大学土木建筑工程学院获博士学位，现为同济大学博士后，从事高速铁路特殊土质路基结构分析及数值分析研究。 YANG Yong-ping1,2，WEI Qing-chao2，ZHOU Shun-hua1，ZHANG Lu-xin2 (1. Key Laboratory of Road Traffic Engineering of the Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200331, China; 2. Civil Engineering School, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China) Abstract: Thremosyphon is a widely used technology applied to the engineering projects in permafrost regions at home and abroad. Before the construction of the Qinghai-Tibet railway, there was little study on this technology. This study is based on the type of the thermosyphon used in the Qinghai-Tibet railway. For the weather and permafrost conditions of Qinghai-Tibet plautea are different from the conditions of foreign countries, it is not proper to directly apply their theory and productions to the design of thermosyphon embankments in Qinghai-Tibet railway. This paper will be useful for the design and application of the thermosyphon used in permafrost regions of Qinghai-Tibet railway. Key words: Qinghai-Tibet railway；thermosyphon；permafrost；comprehensive study 0 引 言 两相闭式热虹吸管（Two-phase closed thermosyphon）又称重力热管，简称热虹吸管。是冻土区广泛使用的一种热管。青藏铁路使用的热管是低温、氨—碳钢热管，是一种制冷热管，由于热虹吸管内没有吸液芯这一重要特点，不仅结构简单，制造方便，成本低廉，而且传热性能优良，工作可靠，青藏铁路冻土区适用的热管就是这种类型。 1 主要应用国家概述 美国在20世纪60年代末申请了应用于多年冻土中的热管技术专利后，成立了研究机构，对热管技术在多年冻土中的应用进行了一些研究，主要的领军者为美国北极基础有限公司、阿拉斯加大学寒区工程研究所以及美国寒区军事工程研究所。加拿大在60年代后期向美国购置了热管专利，开展了热管技术应用的研究，并于70年代后期成立了加拿大北极基础有限公司，向加拿大多年冻土区提供热管系统和技术服务。 加拿大已将热管广泛应用于北美寒冷地区的工程建筑物，用于冷却地基确保冻土稳定性。目前主要的应用领域有工业与民用建筑、公路工程、铁路工程、机场跑道、输油管线、通讯塔、大坝及冻结墙等工程。 当前美国和加拿大正在联合研究并推进热管在铁路工程中的应用，开发热管通用分析方法，研究和编制通用简便的电子计算机程序，改进制造和安装工艺。但是这些方面的研究成果仍属于公司所有，不予公开发表。 前苏联在60年代早期曾由学者ТаЛеев C ∏提到过热传导桩的概念[1]。列宁格勒铁路运输设计院、莫斯科铁路运输设计院以及西伯利亚冻土研究站曾用煤油做工质设计了单相单管和多管热传导设计，应用于伊尔库茨克公路和雅库斯克水库等工程项目中。煤油热管属于液体对流，较汽－液两相对流的热管传热效率要差。目前也被成功地应用于土芯坝基等水利工程，以及冻土区铁路路基工程，但热管技术的研究远不及美国和加拿大。 ─────── 收稿日期：2004–08–19

热管技术在余热回收工程中的应用

热管技术在余热回收工程中的应用 1、热管在热能工程中的关键技术 1.1均温技术 主要是利用热管的等温性，将一个温度各处不相等的温度场变为一个温度各处都均匀的温度场。 1.2汇源分隔技术 通过使用热管将热源和冷源完全分隔开，从而完成热交换，并且分割距离的长短可以根据现场需要以及热管的性能进行决定，短则几十厘米，长则100m不等。在进行连续生产的项目中利用汇源分割技术意义非凡。 1.3交变热流密度 通过使用热管既可以实现在小面积输入热量，大面积输出热量，还可以实现大面积内输入热量，小面积输出热量。这样能够有效进行单位加热传热面积与单位冷却传热面积进行热流量的变换。交变热流密度在工程项目中有着非常重要的用途，如通过控制管壁温度预防露点腐蚀。 1.4热控制技术 通过使用热阻能够变化的可变导热管进行传热控制，这样可以有效控制温度。通常情况下，利用热控制技术可以有效控制热源与冷源的温度。 1.5单向导热技术 在重力热管的理论下，可以实现热管的单向导热，此时的热管就是一个单项导热的零部件。单项导热技术通常可以使用在太阳能工程和冻土永冻工程等工程项目上。 1.6旋流传热技术 通过转动产生的离心力可以实现热管内的工作液体从冷凝段回流到蒸发段，或者依靠工作液体的位差实现回流。通常情况下，旋转传热技术可以用在高速钻头、电机轴等高速回转轴件等工程项目上。 1.7微型热管技术

微型热管与普通热管最大的不同在于微型热管的毛细力是存在于蒸汽通道旁边液缝弯月面供给的，而不是吸液芯产生的。微型热管技术通常在半导体芯片、手提电脑的CPU散热、集成电路等工程项目。 1.8高温热管技术 高温热管内部的工作液体主要是液态金属，在工作状态下，金属造成的饱和蒸汽压相对较低，从而不会给高温下的热管制造高压。高温热管通常应用在核工程、高温热风炉、赤热体取热、太阳能电站等工程项目。 2、热管技术在热能工程中的应用 2.1热管技术在航空航天上的应用 在航空航天工业中，各类航天器都面临着一个共同的难题，那就是航天器正对着太阳的部位温度特别高，而背对太阳的一侧温度又特别低，由于无法通过空气的对流完成气温的调节，因此这就导致两部分的温差高达300多摄氏度。在这样的情况下，利用热管技术可以快速实现两部分温差的平衡。将热管安装到航天器中，面对太阳的一侧是蒸发段一侧，背对太阳的一侧是凝结段一侧。热管的蒸发段在面对太阳的一侧吸收了大量热量，其内部的工作介质蒸发后将热量传递到冷凝段，并在冷凝段释放热量再次形成液态工作介质流回蒸发段，然后再次进行循环。这样往复不停的循环就可以实现航天器两侧温度的平衡，从而避免因温差过大导致内部系统故障。 2.2热管技术在铁路冻土路基上的应用 在我国北方的某些地区，土壤常年处于冻土状态，每到初夏，温度升高，冻土层自下而上融化，这样就会形成翻涌导致铁路路基松懈，从而引发列车脱轨等严重交通事故。在这种情况下，使用低温热管就可以有效解决这个难题。在使用低温热管的过程中，首先要将低温热管埋进冻土层。在寒冷的季节里，冻土的温度远高于空气的温度，此时热管内的液氨工质因吸收了冻土中的热而蒸发，氨蒸汽在压力差的作用下，不断流到管腔的上部，并在上部释放出汽化潜热，然后冷凝成液体后流回蒸发段，然后再在蒸发段蒸发成气体再次进行循环，这样，通过低温热管就可以将冻土中的热输送到大气中。在温暖的季节，空气的温度远高于冻土的温度，此时液氨蒸汽到达冷凝段后，由于外部温度较高，氨蒸汽不再冷凝，此时便会达到汽相和液相之间的平衡，液氨便不再蒸发，热管也就停止了工作，

热管技术及其工程应用传热极限计算

热管技术及其工程应用 热管的传热极限 声速极限：热管管蒸汽流动，由于惯性力的作用，在蒸发端出口处蒸汽速度可能达到声速或者超声速，而出现堵塞现象，这时的最大传热量被称为声速极限。 毛细极限：热管正常工作的必要条件是△P cap≥△P v+△P l±△P g 。如果加热量超过了某一数值，由毛细力作用抽回的液体就不能满足蒸发所需的量，于是便会出现蒸发段的吸液芯干涸，蒸发段管壁温度剧烈上升，甚至出现烧坏管壁的现象，这就是所谓的毛细传热极限。 沸腾极限：热管蒸发段的主要传热机理是导热加蒸发。当热管处于低热流量的情况下，热量的一部分通过吸液芯和液体传导到汽-液分界面上，另一部分则通过自然对流到达汽-液分界面，并形成液体的蒸发。如果热流量增大，与管壁接触的液体将逐渐过热，并会在核化中心生成气泡。热管工作时应避免气泡的生成，因为吸液芯中一旦形成气泡后，如果不能顺利穿过吸液芯运动到液体表面，就将引起表面过热，以致破坏热管的正常工作。因此将热管蒸发段在管壁处液体生成气泡时的最大传热量称作沸腾传热极限。 粘性极限：当蒸汽的压力由于粘性力的作用在热管冷凝段的末端降为零，如液态金属热管，在这种情况下，热管传热极限将受到限制，热管的工作温度低于正常温度时将遇到这种极限，它又被称为蒸汽压力极限。 携带极限：当热管中的蒸汽速度足够高时，液汽交界面存在的剪切力可能将吸液芯表面液体撕裂将其带入蒸汽流。这种现象减少了冷凝回流液，限制了传热能力。 以下就以氨为工质展开五种传热极限的相关计算，氨的物性参数如下表所示： 例：工质氨的热管，直径φ=3mm,壁厚 =0.3mm,长度L=300mm，工作温度240K, l为150mm。试确定该热管的传热功率。 有效长度 eff 一、声速极限 NH在240K时的有关物理参数如下： 解: 3 蒸汽密度ρ=0.8972 kg/m3

热管技术的原理应用与发展

热管技术的原理应用与发展 马永昌 荣信电力电子股份有限公司，辽宁鞍山高新区科技路108号，114051， picc33@https://www.wendangku.net/doc/c89677373.html, Heat Pipe Technology Application and Development Ma Y ong-chang Rongxin Power Electronic Co., Ltd., China No.108 keji Road,High-Tech Zone,Anshan City, PR China,114051, picc33@https://www.wendangku.net/doc/c89677373.html, ABSTRACT: Heat pipe technology is a heat conduction innovation emerged in 1960s, of which the heat conduction capability is superior to all other existing metal. Heat pipe plays very important role in heat sink manufacturing industry. In this paper, the working principle, characteristic, category, compatibility, workmanship and application of heat pipe is introduced. KEY WORD: heat pipe technology, pipe shell, pipe core, Refrigerant 摘要：热管技术是20世纪60年代出现的一种传热新技术，其导热能力超过任何已知金属的导热能力，在散热器制造行业占有重要的地位，本文从热管的基本原理、特性、类别、相容性、热管的制造及加工工艺和热管的应用与发展等几个方面对热管技术作一简要的阐述。 关键词：热管技术、管壳、管芯、工质 0.引言 热管传热利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，通过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外。采用热管技术使得散热器即便采用低转速、低风量电机，甚至不需风机，完全采用自冷方式，同样可以得到满意的散热效果，使得困扰风冷散热的噪音问题以及大功率电力模块散热问题得到良好解决，开辟了散热行业的新天地。 1.热管的基本工作原理 1.1工作原理 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。热传递有三种方式：辐射、对流、传导，其中热传导最快。热管就是利用蒸发制冷，使得热管两端温度差很大，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。热管一端为蒸发段（简称热端），另外一端为冷凝段（简称冷端），当热管蒸发段受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。 1.2组成与工作过程 典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成1．3×(10-1－－－10-4)Pa的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁毛细多孔材料中的吸液芯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细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

热管技术原理、性能及应用

热管技术原理、性能及应用 热管概述：热管技术是1963年美国LosAlamos国家实验室的G.M.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致冷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，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。 热管原理：热管利用蒸发制冷，使得热管两端温度差很大，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。热管一段为蒸发端，另外一段为冷凝端，当热管一段受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。 基本工作过程: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发段。 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。 (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

热管技术的应用与现状

热管技术的应用与现状 傅涛，周涛，张记刚，张明 华北电力大学核科学与工程学院，北京（102206） E-mail ：ft198@https://www.wendangku.net/doc/c89677373.html, 摘 要: 本文介绍了目前热管技术的应用现状,主要论述了热管的结构、工作原理、特点和种类,同时讨论了其应用情况和我国热管目前存在的问题。由于热管具有传热系数高、优良的等温性能、环境适应力强、结构简单和运行维修费用低等优点,因此其在各个领域应用极其广泛,在降低了企业的能耗同时,也保护了环境,取得了良好的经济效益和社会效益。 关键词: 热管；应用；现状 中图分类号：TB4 1. 引言 1963年，George M. Grover 第一个发明并且制造出了热管。不过，通用汽车早在1935年就申请了类似元件的专利。直到20世纪60年代，热管才受到人们的重视。逐渐的，作为一种提高传热效率的元件，热管受到了众多国家实验室和商业实验室的重视，而不再仅仅是实验室的试验品。令人吃惊的是，第一个将热管作为传热元件而加以接受和运用的主要客户竟然是政府。因为，热管的第一个商业用途是用于卫星上的系统。由于热管较高的成本和较小的需求，使得热管进入商业领域的进程非常缓慢。在当时，大部分的电子元件散热问题，用简单的金属散热块就可以解决。高端的军用设备是个例外，因为这样的设备需要热管的高性能，而且可以承受较高的成本。20世纪80年代，作为高端电子产品的散热设备，热管逐渐被市场所接受。随着热管的普及，增长的需求降低了热管的制造成本。降低后的成本使得散热设计者们可以将热管应用于更多的产品。在20世纪90年代初，热管开始被用于大量的家用电器。今天，热管已经被运用于数千种电器产品之中[1]-[4]。 2. 热管简介 2.1 热管结构 热管通常是一个封闭的高真空金属管,管内有一定数量的蒸汽工质,管内壁覆盖有多孔材料构成的管芯(毛细吸液芯) 其中吸满液态工质,管芯的作用是回送冷凝液,管外壁根据传热需要可设置不同形式的翅片，常用的热管管壳截面为圆形。重力热管内部没有毛细吸液芯,但必须将冷凝段置于蒸发段的上部,冷凝工质靠重力流回蒸发段。热管沿轴向可分为蒸发段、绝热段、和冷凝段三部分[5]-[6]。 2.2 热管工作原理 热管的基本工作原理如图1所示。管内为0.13～1.3 ×10-3Pa 的负压，液态工质吸热后很容易汽化成蒸汽。当蒸发段受热时,管芯中的工作介质液体蒸发汽化,蒸发段蒸汽压力为1p , 冷凝段蒸汽压力为2p , 在压差Δv p 的作用下蒸发段流到冷凝段,并在那里凝结下来,放出汽化潜热,通过管壁传出热量。冷凝液体再沿管芯多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不已,热量从热管的一端传至另一端[7]-[9]。

浅议热管技术及其在热能工程中的应用(标准版)

浅议热管技术及其在热能工程中的应用(标准版) Safety management is an important part of enterprise production management. The object is the state management and control of all people, objects and environments in production. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0486

浅议热管技术及其在热能工程中的应用 (标准版) 热管技术现在运用的越来越频繁，本文对热管的基本组成，热管的工作原理，以及热管的分类和热管在应用的过程中，所要解决的技术关键做了详细的分析，并且对热管技术在热能工程的应用进行了分析和研究，给以后的热管研究提供了参考。 随着科学技术的发展越来越快，热能工程的发展也是与日俱进，热管技术也投入到了应用。热管的导热系数非常高，是铝、银等金属的上千倍。如果使用热管技术，热管的截面非常的小，并且不需要加入任何的动力就可以让巨大的热能，进行传输。因此，热管在热能工程的应用越来越广泛。 热管的组成和原理

1.1.热管的组成 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： 1.1.1.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； 1.1. 2.液体在蒸发段内的（液－－汽）分界面上蒸发； 1.1.3.蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段； 1.1.4.蒸汽在冷凝段内的汽．液分界面上凝结： 1.1.5.热量从（汽－－液）分界面通过吸液芯、液体和管壁传

热管利用技术

热管利用技术 代课老师：胡广涛 学生姓名：赵岩 学生学号：1005300151 学生专业：热能与动力工程

1 引言 传统散热方式主要是空气冷却、强制风冷散热以及水冷散热。 （1）空气冷却 也称自然冷却，一般是将电子元器件的发热核心部位与型材散热器相接触，通空气的自然对流方式将热传导出来。其优点是结构简单、安装方便、成本低廉。缺点是散热功率低 （2）风冷散热 这传导出来，然后再通过风扇转动，来加强空气的流动，通过强制对流的方式将散热片上的热传至周围的环境。 优点：结构简单，价格低廉，安全可靠，技术成熟。 缺点：降温的效果有限，不能达到令人满意的程度，并且具有噪音，风扇的使用寿命也有限制。 （3）水冷散热 其原理是利用水泵驱动水流经过热源，进行吸热传递。 优点：水冷散热效率高，热传导率为传统风冷方式的20倍以上，可以解决几百至数千瓦的散热问题，是风冷效果所不能比拟的。因为即使是散热效率最高的涡轮风扇风冷散热，其温度比水冷散热也要高大约10℃；相比于风冷散热，水冷散热因为没有风扇，所以不会产生振动现象，也无风冷散热的高噪音。 缺点：需要良好的通风环境，并且体积大，安装和维护不方便，容易滴漏、安全性不高，价格一般也相对较高。 (4) 热管散热 热管是一种具有极高导热性能的新型传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛吸作用等流体原理，起到良好的制冷效果。具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、温度可控制等特点。将热管散热器的基板与晶闸管、igbt、igct 等大功率电力电子器件的管芯紧密接触，可直接将管芯的热量快速导出。 通过对上述几种散热方式的分析，我们不难看出，热管散热相对于其他几种传统散热方式存在以下的优势： ●热管散热技术具有散热效果好，热阻相对小，使用寿命长，传热快的优点。热管的热导系数是普通金属的100倍以上； ●传热方向可逆，不管任何一端都能成为蒸发端和冷凝端； ●优良的热响应性。热管内汽化的蒸汽能以接近音速的速度传输，从而有效的提高了导热效果； ●结构简单紧凑，重量轻，体积小，维护方便； ●无功耗、无噪音、符合工业“绿色”的要求； ●可以在无重力场的环境下使用。 综上所述：热管传热利用热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，通过热管将发热物体的热量迅速传递到热源以外。采用热管技术使得散热器即便采用低转速、低风量电机，甚至不需风机，完全采用自冷方式，同样可以得到满意的散热