热管属于一种传热元件,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,其导热能力已远远超过任何已知金属的导热能力。
1963年,热管技术由美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的乔治格罗佛(George Grover)发明。
热管属于一种传热元件,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,其导热能力已远远超过任何已知金属的导热能力。
热管技术以前一直应用在宇航、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,摆脱了单纯依靠大风量风扇获得更好散热效果的传统散热模式。
取而代之的是采用低转速、低风量风扇配合热管技术的崭新散热模式。
热管技术更为电脑的静音时代带来了契机,在其他电子等领域得到广泛应用。
热管技术为什么会有如此的高性能呢?
这个问题我们要从热力学的角度看。
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3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。
典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成。
制作方法是将管内抽成1.3×(10-1~10-4)Pa的负压后充以适量的工作液体,使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。
液体在负压状态下沸点降低,容易挥发,管壁有吸液芯,由毛细多孔材料构成。
热管一端为蒸发端,另外一端为冷凝端。
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。
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。
热管内壁多孔层有很多种形式,比较常见的是:金属粉末烧结、沟槽、金属网等。
1、热熔渣结构
从字面上解释,这种热管的内部结构就像是烧焦的蜂窝煤或是热炉渣。
看似粗糙的内壁中,遍布各种细小的孔洞,他们就像是人身体上的毛细血管一样,热管内的液体会在这些小孔中穿梭,形成强大的虹吸力量。
事实上,制作这样热管的工艺比较复杂,将铜粉加热到一定温度,在其未完全融化的之前,铜粉颗粒额边沿会首先融化,粘连四周的铜粉,这样就形成了现在你所见到的镂空结构。
从图中看,也许会认为它非常绵软,但事实上,这种热熔渣既不绵软也不松散,而是非常坚固。
因为它是铜粉经过高温加热的物质,所以在他们冷却之后,就恢复了金属本来的坚硬质感。
另外从制造的角度看,这种制程和结构的热管制造成本较高。
2、沟槽结构
这种热管的内部结构设计就像是一条条平行的沟渠一样。
它的作用也是像毛细血管一样,回流的液体通过这些沟槽迅速在热管中进行传导。
但是根据开槽的精密细腻情况,根据制程的工艺水平和沟槽的方向等,会对热管的散热造成很大的影响。
从生产成本的角度来看,这种热管的制造相对简单,更容易制作,制造成本相对低廉。
但是对于热管沟槽的加工工艺要求更高,一般说来,顺着液体回流的方向是最好的设计,由此从理论上来说,不如前者的散热效率高。
3、多重金属网孔
更多更普遍的热管散热器内部使用的是这种多重金属网孔设计。
从图中,你不难看出,这热管芯里面的絮状东西,就像是一顶戴糟了的破草帽。
一般这种热管内部使用的是一种由铜线制作的金属织物,细小的铜线之间存在许多空隙,但是织物的结构又不会让织物错位阻塞热管。
从成本的角度看,这种热管的内部结构相对简单许多,制作起来也更加简单。
仅需一只普通铜管,填充这些多重金属网孔织物即可,从理论上来说散热效果不如前面二者。
4、热管散热片
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