热导管

热导管是一种传热设备，它采用相变的方式在两个固体界面之间传递热量。

在热管的热界面，与导热固体表面接触的挥发性液体通过吸收该表面的热量变成蒸汽。然后，蒸汽沿着热管到达冷界面并冷凝成液体，释放出潜热。然后液体通过毛细作用、离心力或重力回到热界面，循环往复。

由于沸腾和冷凝的传热系数非常高，热管是非常有效的热导体。有效导热系数随热管长度而变化，长的热管可接近100千瓦/(米-克)，而铜的有效导热系数约为0.4千瓦/(米-克)。

典型的热管由与工作流体兼容的材料制成的密封管或管道组成，如水热管为铜，氨热管为铝。通常情况下，使用真空泵去除空热管中的空气。热管被部分填充工作流体，然后密封。选择工作流体的质量是为了使热管在工作温度范围内同时包含蒸汽和液体。

一个特定的热管系统的声明/建议工作温度是至关重要的。低于工作温度时，液体太冷，无法汽化成气体。超过工作温度，所有的液体都变成了气体，而环境温度太高，任何气体都无法凝结。热传导仍然可以通过热管壁进行，但热传导的速度xxx降低。此外，对于给定的热量输入，必须达到工作流体的最低温度；而在另一端，与最初设计相比，任何额外的传热系数增加（偏差）都会倾向于抑制热管的作用。这可能是反直觉的，因为如果热管系统得到风扇的帮助，那么热管的运行可能会崩溃，导致热管理系统的有效性降低--可能是严重的降低。因此，工作温度和热管的xxx热传输能力--由其毛细管或其他用于将流体返回热区的结构（离心力、重力等）限制--不可避免地密切相关。

工作流体是根据热管必须运行的温度来选择的，例子包括从用于极低温应用（2-4K）的液氦到用于极高温的汞（523-923K）、钠（873-1473K）甚至是铟（2000-3000K）。绝大多数室温应用的热管使用氨（213-373 K）、酒精（甲醇（283-403 K）或乙醇（273-403 K））或水（298-573 K）作为工作流体。铜/水热管有一个铜外壳，使用水作为工作流体，通常在20至150℃的温度范围内运行。水热管有时是通过部分注水，加热至水沸腾并置换空气，然后趁热密封。

为了使热管能够传递热量，它必须包含饱和液体和其蒸汽（气相）。饱和液体汽化后进入冷凝器，在那里被冷却并变回饱和液体。在标准的热管中，冷凝的液体通过一个对工作液体的液相施加毛细作用的灯芯结构返回到蒸发器。热管中使用的灯芯结构包括烧结金属粉末、丝网和槽形灯芯，它们有一系列平行于管轴的槽。当冷凝器位于重力场中的蒸发器上方时，重力可使液体返回。在这种情况下，热管是一种热虹吸管。最后，旋转式热管利用离心力将液体从冷凝器返回到蒸发器。

热导管不包含任何机械运动部件，通常不需要维护，但通过管壁扩散的不凝性气体、工作液体分解产生的不凝性气体或作为材料中原始杂质存在的不凝性气体最终可能降低管道的传热效果。

与许多其他散热机制相比，热管的优势在于其巨大的传热效率。一根直径为一英寸、长度为两英尺的管道可在1,800°F（980°C）的温度下传输3.7千瓦（12.500英热单位/小时）的热量，而端与端之间的降温幅度仅为18°F（10°C）。一些热导管已证明其热通量超过23千瓦/平方厘米，大约是通过太阳表面的热通量的四倍。

热导管有一个包层，一个灯芯和一个工作液体。