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热管的工作原理丨热管的特点丨热管的相容性

--产品散热设计

供稿:中国工控网 2016/7/26 16:36:50

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  • 关键词: 热管 散热
  • 摘要:​热管(heat pipe),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。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。

热管(heat pipe),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。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。

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热管工作原理


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。

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热管工作原理

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复合超导平板热管产品参数


相变传热元件技术特点:


1、远端散热(利用HP高效传热)

2、提升翅片热交换效率

3、降低散热器热阻(铜或铝散热器的热阻只能达到0.04℃/W。热管散热器可达到0.01℃/W。)

4、减少散热器体积和重量

5、散热器结构更灵活

6、有效提升自然对流热交换效率


利用工质的相变潜热传输热量二大优点:

1.高的传热效率(潜热>>显热)

1KG水的汽化热(潜热)=6 KG水从0oC加热到100oC所需的热量(显热)

2.低的传热温差(理论上ΔT → 0)(均温性)


常用大功率器件_3D复合相变风冷散热器

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图 6 相变散热器面积—温升—热交换系数曲线图相变翅片长度一般在(160~280mm)性价比最佳

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图 7 相变散热器面积—温升—热交换系数曲线图相变翅片厚度度一般在(100~250mm)性价比最佳

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图 8

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图9 相变散热器流速—Tc—流阻曲线图


热管基本特征


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,因此具有很高的导热能力。

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Clausuis-Clapeyron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凝段的加热面积,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,反之亦然。这样可以改变热流密度,解决一些其它方法难以解决的传热问题。

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工质性能要求:

1.  与热管外壳及毛细吸液芯材料的相容性

2.  热稳定性

3.  与管壁及吸液芯间的润湿性

4.  在工作温度范围下的蒸气压力不要太高或太低

5.  汽化潜热γ高

6.  导热性能λ高

7.  蒸气及液体的粘性μ低

8.  表面张力σ高

9.  允许的冰点及倾点温度

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热管的相容性

热管的相容性是指热管在预期的设计寿命内,管内工作液体同壳体不发生显著的化学反应或物理变化,或有变化但不足以影响热管的工作性能。相容性在热管的应用中具有重要的意义。只有长期相容性良好的热管,才能保证稳定的传热性能,长期的工作寿命及工业应用的可能性。碳钢-水热管正是通过化学处理的方法,有效地解决了碳钢与水的化学反应问题,才使得碳钢—水热管这种高性能、长寿命、低成本的热管得以在工业中大规模推广使用。

影响热管寿命的因素很多,归结起来,造成效管不相容的主要形式有以下三方面,即:产生不凝性气体;工作液体热物性恶化;管壳材料的腐蚀、溶解。

1.产生不凝性气体由于工作液体与管完材料发生化学反应或电化学反应,产生不凝性气体,在热管工作时,该气体被蒸汽流吹扫到冲凝段聚集起来形成气塞,从而使有效冷凝面积减小,热阻增大,传热性能恶化,传热能力降低甚至失效。

2.工作液体物性恶化有机工作介质在一定温度下,会逐渐发生分解,这主要是由于有机工作液体的性质不稳定,或与壳体材料发生化学反应,使工作介质改变其物理性能,如甲苯、烷、烃类等有机工作液体易发生该类不相容现象。

3. 管壳材料的腐蚀、溶解工作液体在管壳内连续流动,同时存在着温差、杂质等因素,使管壳材料发生溶解和腐蚀,流动阻力增大,使热管传热性能降低。当管壳被腐蚀后,引起强度下降,甚至引起管壳的腐蚀穿孔,使热管完全失效。这类现象常发生在碱金属高温热管中。



审核编辑(王雪)
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