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热管技術及原理

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。热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，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。

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：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。

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热管的基本工作

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。

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热管的基本特性

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。

(3)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)。

(2)优良的等温性热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，饱和蒸汽的压力决定于

饱和温度，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很小，根据热力学中的方程

式可知，温降亦很小，因而热管具有优良的等温性。

(3)热流密度可变性热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积，即以较

小的加热面积输入热量，而以较大的冷却面积输出热量，或者热管可以较大的传热

面积输入热量，而以较小的冷却面积输出热量，这样即可以改变热流密度，解决一

些其他方法难以解决的传热难题。

(4)热流方向酌可逆性一根水平放置的有芯热管，由于其内部循环动力是毛

细力，因此任意一端受热就可作为蒸发段，而另一端向外散热就成为冷凝段。此特

点可用于宇宙飞船和人造卫星在空间的温度展平，也可用于先放热后吸热的化学反

应器及其他装置。

(5)热二极管与热开关性能热管可做成热二极管或热开关，所谓热二极管就

是只