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9 热管技术及其工程应用
（3）热管的工作液要有较高的汽化潜热、导热系 数，合适的饱和压力及沸点，较低的粘度及良好 的稳定性。工作液体还应有较大的表面张力和润 湿毛细结构的能力，使毛细结构能对工作液作用 并产生必须的毛细力。工作液还不能对毛细结构 和管壁产生溶解作用，否则被溶解的物质将积累 在蒸发段破坏毛细结构。
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（2）热管的管芯是一种紧贴管壳内壁的毛细结构， 通常用多层金属丝网或纤维、布等以衬里形式紧 贴内壁以减小接触热阻，衬里也可由多孔陶瓷或 烧结金属构成。如下图所示为几种不同的管芯的 结果示意图
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烧结式热管制造工艺 烧结式热管，顾名思义，其毛细结构是通过高温下铜粉烧结
热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，饱和蒸汽从蒸 发段流向冷凝段所产生的压降很小，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却段的加热面积， 这样即可以改变热流密度。
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(4)热流方向的可逆性 一根水平放置的有芯热管，由于其内部循环动
后的工作也体回流到蒸发段。
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注意：热管中的水会
因为内部低压而在100℃ 以下就沸腾蒸发。
热管工作过程动画
热量散失
水蒸汽流 热量输入
水蒸汽冷凝
液态水蒸发
液体由于重力 或吸附力回流
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9.2热管的特性 (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
力是毛细力，因此任意一端受热就可作为蒸发段， 而另一端向外散热就成为冷凝段。 (5)热二极管与热开关性能
热二极管就是只允许热流向一个方向流动，而 不允许向相反的方向流动；热开关则是当热源温 度高于某一温度时，热管开始工作，当 热源温度 低于这一温度时，热管就不传热。
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9 热管技水介质烧结式热管制造流程大 致为：选取99.5％纯度的铜粉，铜粉单体粒径一定要控制 在75～150微米。首先使用工具将外径5mm红铜管内部清 除干净，去除毛刺，接着将铜管放到稀硫酸中使用超声波 清洗。清洗干净之后我们将得到一根内外壁皆十分光滑、 无氧化物的铜管。此时将一根细钢棍插到铜管里（需要工 具精确地将钢棍儿固定在铜管的中央，以方便铜粉均匀填 充），将铜管底部用铜片暂时封闭。接着就可以把纯铜粉 倒入铜管了。装填完毕之后就可以拿到烧结炉进行烧结。 在烧结过程中，温度的把控也很重要。一般烧结炉峰值温 度控制在800～850度（根据热管产品要求的渗透率规 定）。烧结完成之后使用一个辅助工具把铜管加紧，使用 工具把钢棍抽出即可。
第9章 热管技术 及其工程应用
9 热管技术及其工程应用
1963年，热管诞生于美国Los Alamos国家实验 室的G.M.Grover之手，它巧妙地利用了气液变化 过程中的吸放热原理，具备了超过任何已知金属 的导热能力.
热管技术的原理，主要是利用工作流体的蒸发 与冷凝来传递热量（热管工作流体涵盖从低温应 用的氦、氮，到高温应用的钠、钾等液态金属； 较为常见的热管工作流体则有氨、水、丙酬及甲 醇等）。热管一般是由管壳、吸液芯和端盖三个 部分组成。将管内抽至较高的真空度后充以适量 的工作流体，使得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。
从传热状况看，热管沿轴向可分为蒸发段，绝热 段和冷凝段三部分。
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（1）热管的管壳是受压部件，要求由高导热率、 耐压、耐热应力的材料制造。在材料的选择上必 须考虑到热管在长期运行中管壳无腐蚀，工质与 管壳不发生化学反应，不产生气体。
管壳材料有多种，以不锈钢、铜、铝、镍等 较多，也可用贵重金属铌、钽或玻璃、陶瓷等。 管壳的作用是将热管的工作部分封闭起来，在热 端和冷端接受和放出热量，并承受管内外压力不 等时所产生的压力差。
(6)恒温特性 普通热管的各部分热阻基本上不随着热量的变
化而变化，因此热管各部分的温度亦加热量变化。 但可变导热管，使得冷凝段的热阻随加热量的增加 而降低、随加热量的减少而增加，这样热管在加热 量大幅度变化的情况下，蒸汽温度变化极小，实现 温度的控制，这就是热管的恒温特性。 (7)环境的适应性
热管的形状可随热源和冷源的条件而变化，热 管可做成电机的转轴、燃气轮机的叶片、钻头、手 术刀等等，热管也可做成分离式的以适应长距离或 冷热流体不能混合的情况下的换热；热管既可以用 于地面(重力场)，也可用于空间(无重力场)。
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（1）热量从热源通过热管管壁和充满工作液的吸液 芯传递到液-气分界面；
（2）液体在蒸发段的液-气分界面上蒸发； （3）蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流向冷凝段； （4）蒸汽在冷凝段内的液-气分界面上凝结； （5）热量从液-气分界面通过吸液芯、液体和管壁
传给冷源； （6）在吸液芯内由于毛细作用（或重力等）是冷凝
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如图：当热管的一端受热 时毛细芯中的液体蒸发汽 化，蒸汽在微小的压差下 流向另一端放出热量凝结 成液体，液体在沿多孔材 料靠毛细力的作用流回蒸 发段。如此循环不已，热 量便从一端传到了另一端！
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在这一热量转移的过程中，具体包含了以下 六个相互关联的过程：
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9.1 热管的组成
图7.1 热管示意图 1—管壳；2—管芯；3—蒸汽腔；4—工作液
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热管：是一种传热性极好的人工构件，常用的热管由 三部分组成：主体为一根封闭的金属管（管壳），内 部空腔内有少量工作介质（工作液）和毛细结构（管 芯），管内的空气及其他杂物必须排除在外。热管工 作时利用了三种物理学原理： ⑴在真空状态下，液体的沸点降低； ⑵同种物质的汽化潜热比显热高的多； ⑶多孔毛细结构对液体的抽吸力可使液体流动。