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热管用金属多孔材料
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1 前 言
自从二次大战之后，由于工程科学及技术的迅速发展，对动力的需要大量增加。巨大的动力需要巨大的热能量，而这热能量必须依赖有效的传热程序来处理。近20年来航空及太空工程的发达造成许多高速物体在大气中飞行，也带来许多热传递方面的问题。例如，原子能发电炉中产生的大量热能必须要自炉中导引出来，才能转变成电能。高速的飞弹及宇宙飞船重返大气层时与空气摩擦会产生极高的温度。如这些高热不及时传送出去，那么原子炉及宇宙飞船就有焚毁的危险。此外，几乎所有的电器(甚至包括电晶体)在电流通过时会产生热量，这些热量必须有效的引导到适当的容纳处才不致于对电器有所损害。因此热传递在近代工程科学中已成为一项非常重要的问题。如今在美国许多大学的机械工程系中热传递都已成为主要的部门之一。
热管是一种能快速将热能从一点传至另一点的装置，由于它具有超常的热传导能力，而且几乎没有热损耗，因此它被称作传热超导体，其导热系数为铜的数千倍。它首先在1942年由R．S．Gaugler提出，但直到1963年才由GM．Grover发明出来。热管由于其优异的传热特性而广泛用于宇航工业和高科技领域，成为现代科技不可缺少的材料，特别是在空间技术、航天飞行器中的温度平衡，卫星中的制冷、温度控制和散热设计，航天器中的冷却调节器，发射温度下反应器的除热以及消除因发射器和收集器的温度梯度引起的一些麻烦等领域中，在民用领域，手提电脑的散热、现代空调冷冻技术等无不用到热管。
2 热管原理
2．1热管传热原理
热传递是热能由高温处传到低温处的现象，它通常可分为传导、辐射及对流3种。另外还有2种热传递现象，就是沸腾热传递和冷凝热传递。热管的传热现象，并不属于以上热传递中之任何一种，它是传导、蒸发、对流及冷凝等现象的组合。其导热量比同体积的任何金属棒高出千倍以上，因此已引起美国及欧洲从事热传递研究者的极大兴趣。
热管原理可以简述为：当热管的一端置于较高温处而让另一端在较低温处时，热首先由高温处穿过金属管壁进入多孔芯体中，多孔芯体内的工作液受热开始蒸发。热管在高温处的部分便称之为蒸发部分。蒸发后的汽体聚集在蒸发部分的中空管内，同时向热管的另一端流动。当汽体到达较冷的另一端时便开始冷凝，在此时热量就由汽体穿过多孔芯体、工作液及金属管壁而传入较低温部分。因此热管在较低温的部分便称之为冷凝部分。在冷凝部分内原先由蒸发部分蒸发的汽体又凝结成了液体，这些冷凝后的液体因毛细现象的作用自冷凝部分又流回到蒸发部分，如此流体循环不息，热量由高温处便传到了低温处，这便是热管的传热原理。图1为热管的传热原理图。因为蒸发和冷凝现象在几乎相同的汽压下进行，管内的温差非常小。如把热管和同体积金属棒的二端置于同样温差之下，热管的导热量可以达到金属棒的干倍以上。换句话说，当同样的热量通过热管和同体积的金属棒时，热管二端的温差要比金属棒小很多。由于这种特性，热管常被称为“近等温导热”装置。
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