热管原理热管的基本特性

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热管，一种利用工作液体相变实现高效传热的元件，具有显著的特性。

首先，热管拥有极高的导热性。其内部通过工作液体的汽、液相变传热，热阻极小，因此导热能力显著。相比于银、铜、铝等金属，热管以相同重量可传递更多数量级的热量。高导热性是相对的，温差依然存在，且热管的传热能力受多种因素，存在传热极限。在轴向，热管的导热性很强，但径向改善有限（对于径向热管而言）。

其次，热管展现出优异的等温性。热管内腔蒸汽处于饱和状态，饱和蒸汽的压力决定于饱和温度。蒸汽从蒸发段流向冷凝段产生的压力降很小，根据热力学方程，温降也较小，因此热管具有良好的等温性。

热流密度可变性是热管的又一优势。通过调整蒸发段或冷却段的加热面积，热管能够以较小的加热面积输入热量，同时以较大的冷却面积输出热量，或反之。这种特性有助于解决其他方法难以解决的传热难题。

热流方向的可逆性是热管的独特之处。水平放置的热管，通过毛细力作为循环动力，任一端受热就可作为蒸发段，另一端向外散热成为冷凝段。这一特性在宇宙飞船和人造卫星的温度管理中尤其有用，同时也适用于需要先放热后吸热的化学反应器以及其他装置。

热管具备热二极管或热开关功能，允许热流在特定方向流动，而不允许反方向流动。当热源温度高于某一阈值时，热管开始工作；当热源温度低于该阈值时，热管停止传热。

热管还具有恒温特性。普通热管各部分热阻不随加热量变化而变化，导致温度变化。然而，通过发展可变导热管，使得冷凝段热阻随加热量增加而降低、随减少而增加，从而在加热量大幅变化时，蒸汽温度变化极小，实现温度控制。

热管的环境适应性强。热管的形状可以根据热源和冷源条件变化，适用于电机的转轴、燃气轮机的叶片、钻头、手术刀等。热管可做成分离式，以适应长距离或冲热流体不能混合情况下的换热。热管既可用于地面（重力场），也可用于空间（无重力场）。

上图展示了热管管内汽-液交界面的形状、蒸气质量流量、压力以及管壁温度和管内蒸气温度沿管长的变化趋势。在整个热管长度内，汽-液交界处的汽相与液相之间的静压差与该处的局部毛细压差保持平衡。毛细压头是热管内部工作液体循环的动力，用于克服蒸汽从蒸发段流向冷凝段的压力降、冷凝液体从冷凝段流回蒸发段的压力降以及重力场对液体流动的压力降（压力降可以是正值、负值或为零，取决于热管在重力场中的位置）。因此，毛细压头必须大于或等于压力降之和，以确保热管正常工作。

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。