热管技术的原理
16页1、引言传统散热方式主要是空气冷却、强制风冷散热以及水冷散热。(1) 空气冷却也称自然冷却,一般是将电子元器件的发热核心部位与型材散热器相接触,通过空气的自然对流 方式将热传导出来。其优点是结构简单、安装方便、成本低廉.缺点是散热功率低。(2) 风冷散热这是目前最普遍的散热方式,一般是将电力电子元器件的发热核心部位与散热器相接触将热传导 出来,然后再通过风扇转动,来加强空气的流动,通过强制对流的方式将散热片上的热传至周围 的环境.优点:结构简单,价格低廉,安全可靠,技术成熟。缺点:降温的效果有限,不能达到令人满意的程度,并且具有噪音,风扇的使用寿命也有限制。(3) 水冷散热其原理是利用水泵驱动水流经过热源,进行吸热传递。优点:水冷散热效率高,热传导率为传统风冷方式的20倍以上,可以解决几百至数千瓦的散热 问题,是风冷效果所不能比拟的。因为即使是散热效率最高的涡轮风扇风冷散热,其温度比水冷 散热也要高大约10C;相比于风冷散热,水冷散热因为没有风扇,所以不会产生振动现象,也无 风冷散热的高噪音.缺点:需要良好的通风环境,并且体积大,安装和维护不方便,容易滴漏安全性不高,价格一 般也相对较高。
2、(4) 热管散热热管是一种具有极高导热性能的新型传热元件,它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来 传递热量,它利用毛吸作用等流体原理,起到良好的制冷效果。具有极高的导热性、良好的等温 性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、温度可控制等特点.将热管散热器的基板 与晶闸管、igbt、igct等大功率电力电子器件的管芯紧密接触,可直接将管芯的热量快速导出。 通过对上述几种散热方式的分析,我们不难看出,热管散热相对于其他几种传统散热方式存在以 下的优势:热管散热技术具有散热效果好,热阻相对小,使用寿命长,传热快的优点。热管的热导系数是 普通金属的100倍以上;传热方向可逆,不管任何一端都能成为蒸发端和冷凝端;优良的热响应性。热管内汽化的蒸汽能以接近音速的速度传输,从而有效的提高了导热效果; 结构简单紧凑,重量轻,体积小,维护方便;无功耗、无噪音、符合工业“绿色”的要求;可以在无重力场的环境下使用.综上所述:热管传热利用热传导原理与致冷介质的快速热传递性质,通过热管将发热物体的热量 迅速传递到热源以外。采用热管技术使得散热器即便采用低转速、低风量电机,甚至不需风机, 完全采用自冷方
3、式,同样可以得到满意的散热效果,使得困扰风冷散热的噪音问题以及大功率电 力模块散热问题得到良好解决,随着热管加工工艺的不断改善,其可靠性、安全性、耐用性将会 更加提高,而成本和价格也会进一步降低。热管散热器将有着传统散热器所无法比拟的优势,它 的出现开辟了散热行业的新天地。2热管的基本工作原理2。1工作原理物体的吸热、放热是相对的,凡是有温度差存在的时候,就必然出现热从高温处向低温处传递的 现象。热传递有三种方式:辐射、对流、传导,其中热传导最快。热管就是利用蒸发制冷,使得 热管两端温度差很大,使热量快速传导.一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成.热管内部被抽成负 压状态,充入适当的液体(即工质),这种液体沸点低,容易挥发.管壁有吸液芯,其由毛细多孔 材料构成.热管一端为蒸发段(简称热端),另外一端为冷凝段(简称冷端),当热管蒸发段受热 时,毛细管中的液体迅速蒸发,蒸气在微小的压力差下流向另外一端,并且释放出热量,重新凝 结成液体,液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段,如此循环不止,热量由热管一端传至 另外一端。这种循环是快速进行的,热量可以被源源不断地传导开来。2。2组成与工作过程典
4、型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成,将管内抽成13X(10110-4)pa的负压后充以适 量的工作液体(即工质),使紧贴管内壁毛细多孔材料中的吸液芯充满液体后加以密封。管的一端 为蒸发段(加热段),另一端为冷凝段(冷却段),根据应用需要在两段中间可布置绝热段。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,液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不己,热量由热管的一端传至另 一端。热管在实现这一热量转移的过程中,包含了以下六个相互关联的主要过程:(1)热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到(液一汽)分界面;(2)液体在蒸发段内的(液一汽)分界面上蒸发;(3)蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段;(4)蒸汽在冷凝段内的(汽一液)分界面上凝结;(5)热量从(汽一液)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使冷凝后的工作液体回流到蒸发段。2。3工作条件图1表示了热管管内汽一液交界面形状,蒸气质量、流量、压力以及管壁温度tw和管内蒸气温 度tv沿管长的变化趋势。沿整个热管长度,汽-液交界处的汽相与液相之间
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