热管传热
热管靠一端沸腾、另一端冷凝来搬运热量,管内没有任何水泵。 设定加热功率、冷却强度和环境温度,观察两端温度如何响应。
热管靠一端沸腾、另一端冷凝来搬运热量,管内没有任何水泵。 设定加热功率、冷却强度和环境温度,观察两端温度如何响应。
热管是一根密封的管子,导热能力远超同样金属的实心棒。管内封着少量工质,在热端沸腾、在冷端凝结,热量由工质本身带着走,而不是靠金属壁一路传导。
因为不需要水泵或风扇,热管是完全被动的器件。笔记本电脑的散热器、卫星面板、太阳能集热器,以及任何需要把热量从一个小热点搬到一大片散热面的地方,都能见到它。
三个参数决定热管的表现:灌进去多少热量、冷端散热有多强、周围环境有多热。它们共同决定了两端的温度,以及两端之间那一点点温差。
把参数推得足够极端,就会触到热管的极限。热负荷超过某个值后,吸液芯来不及把液体送回,蒸发段干涸,温度随之骤升——这正是状态读数所监视的情况。
需要散热的东西接在蒸发段。它的热量穿过管壁传给工质,金属因此不必自己把热量沿整根管子搬过去。
吸收的热量把液体煮沸,变成蒸汽充满中央通道。正是沸腾,让热管能在这么小的一个点上吞下这么多热量。
沸腾让热端压力略高,冷凝让冷端压力略低,这点微小的压差就足以把蒸汽扫过畅通的核心通道。
在冷端,蒸汽放出热量、重新变回液体。翅片把放出的热量铺展到很大的面积上,让周围的空气把它带走。
凝结下来的液体渗进吸液芯,细密的孔隙靠毛细作用把它拉回蒸发段。液体回到起点,循环就闭合了,热管可以持续工作下去。
不需要。蒸汽靠沸腾产生的压差被推着前进,液体则靠吸液芯的毛细作用流回。管内既没有水泵也没有风扇,热管是被动器件,只要密封并充液一次就能长期工作。
取决于工作温度区间。水适合约 30~200 ℃ 的场合,氨用于更低的温度,而钠等液态金属则用于极高温度的工况。
每根热管都有极限。热量灌得太多,吸液芯来不及把液体送回,蒸发段就会干涸,温度随之急剧升高。状态读数警示的正是这种失效。
因为热量是由工质本身搬运的,热管的导热能力比实心铜高出成千上万倍,所以即使负荷很大,两端的温差依然很小。
吸液芯衬在管内壁,提供细密的孔隙,把凝结下来的液体拉回蒸发段。没有它,液体就回不来,循环会中断。
可以,靠的就是吸液芯。带吸液芯的热管既能水平输运,也能把液体往上送;不过当蒸发段低于冷凝段、重力帮忙回流时,它的表现最好。