详解热管工作原理及其分类特性

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3 热管的典型性能热管可以在任意方向上工作,但是,当蒸发段高于冷凝段时,它的性能将会降低,这是因为冷凝端(段)的工作液要流回蒸发段时,需要克服重力的影响。图7所示为粗、中、细三种吸液心的水管(管长122cm)热性能随管位角φ的变化情况。

热管

图7

具有粗吸液心的热管,当它处于水平位置工作(φ=0°)时,它的传热能力最大。当冷凝端稍微向下倾斜某个角度时,它的传热能力就会迅速下降。细吸液心在水平位置时,传送的热量不是最大,但是,当冷凝端向下倾斜一个角度时,它的传热能力不会很快下降。

五、热管的应用

由于热管是一种高效的传热器件,其应用范围很广,根据热管的特性,它的主要应用范围包括:① 把热源与冷源分开;② 拉平温度;③ 控制温度;④ 变换热通量;⑤ 作热开关及热二极管用等。不同的应用场合,可采用不同形式的热管。在电子设备中,主要是利用热管传递热量、拉平安装底板的温度、对设备或元器件进行温度控制以及冷却飞行器上的电子元器件等。

1.管状热管管状热管有圆形、椭圆形或其他形状的横截面,主要用来把热量传至远处或形成一个紧凑式的散热器。

图8所示为用于行波管收集极的热管散热器。也可以把需要冷却的电子元器件直接安装在热管上,或者被冷却元器件安装在平板上,然后把热管嵌在平板内。热管与热源接触时,应尽量设法减小其接触热阻,否则就不能充分发挥热管的传热性能。

热管图8

2.平板热管平板热管(如图9所示)的管心能把工作液沿较大的表面分布开,形成一个温度梯度很小,几乎等温的表面。它可用来拉平多排元器件的温度,并冷却多排元器件。特别适用于集成电路组件、MCM组件、晶体管组件以及高功率密度组件的散热。

热管

图9图10所示为用来冷却大功率行波管的重力助推式热管散热器。行波管收集极的底板与重力热管散热器的蒸发段平面紧密接触,行波管的热量传导到底板,通过接触面传至蒸发段表面,使蒸发段内的工作液加热升温至真空状态下的沸点温度。图11所示是该热管的传热路径图。

热管

图10

热管

图11如图12所示为空心印制板组装件。其通道内有翅片式散热片,在环境温度为55℃的情况下,它最大的散热能力只有50~55W。如果增加耗散功率,用这种方法就难以达到需求,若改用液体冷却能满足要求,但要增加系统的体积和质量。

热管

图12

如果用扁平热管加到印制板的背面,将显著提高从印制板中心到边缘的传热能力,如图12(a)所示。也可以将热管弯成90°的结构件,可以直接把印制板的热量传到机箱侧壁,如图12(b)所示,这样可以减小印制板与机箱之间的接触面的温升。为了提高型材散热器的冷却效果,可以沿散热片的长度方向放置扁平热管,沿散热片的温度梯度很小,得到等温散热片。

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