什么是热管？热管还能用来做什么?

● 什么是热管  ●

热管是一种传热设备，利用了 热传导 和 相变原理 ，可以有效地在两个固体界面之间传递热量。

一种热管的示意图，利用毛细作用让液体流回吸热端 

当热管的吸热端被加热时，在吸热端的工作液体吸收热量蒸发成气体。 而热管放热端则因为温度低，工作液体的蒸汽压低于吸热端的蒸汽压，因此吸热端的气体将会扩散到放热端。 扩散到放热端的气体遇冷凝结成液体，并向外释放热量。然后， 液体通过毛细作用、离心力或重力返回吸热端 ，这就完成了一个完整的循环。

由此可知，热管工作时，气体和液体的流动由不同的力来推动。气体由 气压差 驱动，而液体则需要根据工作场景，使用适合的 回流驱动力 。

笔记本电脑中使用的热管，管壁是通过烧结形成的吸液芯，具有多孔结构 

 

NASA在二十世纪60年代的热管开发中发挥了重要作用。因为航天器在太空中，一侧被太阳直接照射，温度很高，而另一侧阳光照射不到，温度很低，影响到航天器的稳定运行。（毛细）热管具有 重量轻，热通量高以及零功率消耗 的特点，并且 零重力环境不会对它们的运行产生不利影响 （液体回流依靠毛细作用而不需要重力），所以被用来均衡航天器表面的温度。

热管内部的流体需要根据工作温度的范围来选择 ，因为热管是依靠内部流体的相变来工作的，工作温度范围内应该出现气相和液相。

环境温度低于工作温度，液体不能蒸发成气体；而环境温度高于工作温度，热管内就充满了气体，无法冷凝。环境温度过高和过低就相当于只用热管壁来导热，这和普通的金属导热没什么区别。

所以，极低温（2~4K）会使用液氦，高温下会使用汞（523~923K）、钠（873~1473K）甚至铟（2000~3000K）。绝大部分在室温应用的热管使用氨（213~373K）、甲醇（283~403K）、乙醇（273~403K）或水（298~573K）作为工作流体。铜/水热管通常在20~150°C的温度范围内运行。

热管还被广泛地用于冻土散热 。 冻土是指土壤温度保持0 ℃以下并出现冻结现象、具有表土呈现多边形土或石环等冻融蠕动等形态特征的土壤或岩层 。 众所周知，水的密度比冰大，而冻土中含有许多水分。 所以， 在冬季，温度下降，冻土会结冰，体积膨胀；在夏季，温度升高，冻土会融化，体积收缩 。 如果冻土上建有建筑物，这季节性的膨胀收缩就会严重破坏地基，发生安全事故。

解决问题的方法就是不让冻土融化，让它一直冻着，这时候热管就能派上用场了。我国的青藏铁路就使用了热管，铁路两旁的那些灰色的棒子就是。笔记本电脑和航天器的热管是借助毛细作用让液体从放热端流回吸热端，路基上用的则是 无芯重力热管 ，内部没有吸液芯，而是借助重力让液体回流。重力热管的好处就是热管可以造得很长。毛细热管中液体回流距离会受到毛细作用的限制，而重力热管就不用考虑这个问题。

青藏铁路的热管

冬季，空气的温度低于冻土的温度，冻土中的热量被源源不断地传递到空气中，给冻土降温。 夏季，空气的温度高于冻土层的温度，但是空气中的热量却无法反向传递到冻土层中。 这是因为无芯重力热管液体的回流依靠的是重力，工作液体在重力作用下汇集于冻土层那一端，而空气那一端没有工作液体，也就没法吸热，这时候热管处于不工作状态。

青藏铁路热管的吸热段和绝热段埋入地面以下约5m，散热段露出地面约2m，其中最关键的吸热段则深入到永久冻土最大融化深度之下