详解热管工作原理及其分类特性（一）
热管是一种新型的高效传热器件。具有导热性能高、结构简单、工作可靠、温度均匀与等温性等特点。可广泛用于电子设备、高密度组装器件、高功率密度元器件的传热和热控制等。
一、热管工作原理
图1所示是一种典型的热管原理图，它是一个被抽成真空的容器（圆形管子或其他形状）。热管一般划分为三部分：即蒸发段、绝热段和冷凝段。在容器的内壁上设有与内壁形状相一致的毛细管心，液相工质充满整个管心。当工质在蒸发段受热后开始蒸发，蒸汽带着汽化潜热被输送到另一端冷凝，并放出汽化潜热，然后靠毛细泵力的作用使冷凝液返回到蒸发段完成一个循环。利用这种方法，把热能高效率地从一端传至另一端。
图1
热管的工作原理：在热管未工作前，工质的液面与管心平齐。当发热元件与蒸发段接触后，便将热量传给管壁、管心和工质；工质受热后吸收汽化潜热变为蒸汽，蒸发段的蒸汽压力高于冷凝段，因此两端形成压力差，该压差驱动蒸汽从蒸发段到冷凝段。蒸汽在冷凝段冷凝时放出汽化潜热，通过管心、管壁传到热管的散热器。由于蒸发的原因，在蒸发段的工质液面进入管心的毛细孔内形成弯月面，在这里形成毛细泵力，将冷凝液抽回到蒸发段，完成一个工作循环。只要工质的流动不中断和保证足够的毛细泵力，热管可长期地工作。
二、热管的特性与分类
1 热管的特性
由于热管是高效的传热器件，它具有以下一些特性。
（1）传热能力强由于热管的传热主要依靠工作液（含液态金属）的相变吸收和释放大量的汽化潜热和高速蒸汽流动的传热。而用于热管的多数工作液体（或液体金属）的汽化潜热都很大，故不需要很多的蒸汽量就能带走大量的热量。
（2）等温性好热管表面温度分布取决于蒸汽的温度分布、相变时的温差以及管壁与毛细心温差等。蒸汽处于饱和状态时，蒸汽流动和相变时的温差很小，而管壁和毛细心均较薄，因此，热管的表面温度梯度很小，当热流密度很低时，可达到很高的等温表面。热管的当量导热系数越大，其等温性就越好。其当量导热系数可以是相同材料的几十倍，甚至几百倍。
（3）具有热流密度可变换的能力由于热管中蒸发和冷凝的空间是分开的，因此可以实现热流密度的变换，在蒸发段可用高热流密度输入，而在冷凝段可以用低热流密度输出，反之也可以。这种变换比例可以在较大的范围内进行控制。
（4）具有恒温特性当热管内充以一定比例的惰性气体时，可以通过改变冷凝段的散热面积来适应传热量的变化，达到使蒸发段热源温度恒定在某一特定温度的恒温目的。
（5）具有热二极管和热开关的特性
2 热管的分类
1）根据热管的工作温度范围分类
（1）深冷热管工作温度范围为－170～－70℃的热管称为深冷热管，其工作介质（工作液）可采用纯化学元素物质（如氦、氩、氮、氧等）或化合物（如氟利昂、乙烷等）。
（2）低温热管工作温度范围为－70～270℃。其工作介质可选用水、丙酮、氨、氟利昂、酒精及其他有机物。
（3）中温热管工作温度范围为270～470℃。其工作介质可选用导热姆（联苯－苯醚共溶体）、水银、铯或硫等。
（4）高温热管工作温度在500℃以上的热管。其工作介质可选用钠、钾、锂、铅、银及其他高沸点的液态金属。
2）根据热管内冷凝液的回流方式分类
（1）重力辅助热管冷凝液依靠自身重力回流到蒸发段的热管。
（2）毛细吸液心热管由多孔性的毛细吸液心产生的毛细作用力，将冷凝液抽吸回蒸发段的热管。
（3）旋转热管旋转体内部为一个锥形的密封腔，内壁不装管心，蒸发段的内径大于冷凝段的内径，当高速旋转时，利用离心力使工作液沿壁面的分量，把冷凝液送回到蒸发段。由于离心力的分量较大，流动阻力小，因此，这种热管的传热能力很大。
（4）电渗透流动力热管电渗透流是一种电动力现象，不同表面对离子的吸收不同，因此，在液体与毛细心固体表面的交界处出现电荷累积，形成正负相反的电荷层，若加一个电场，两层电荷就出现相对运动，因为毛细心壁面是固定的，因此，电荷随液体上的相对毛细壁面运动，这种运动就称为电渗透。电渗透热管就是利用电渗透流抽吸液体，帮助毛细抽吸，从而提高了热管的毛细限，这种热管的管心及工作液需要采用高电阻材料。
