1 热管的原理

　　从热力学的角度看,物体的吸热、放热是相对的,只要有温度差存在,就必然出现热从高温处向低温处传递的现象,有差别的只是传导速度。热传递有三种方式:辐射、对流、传导,其中热传导最快。目前用于计算机系统散热的热管一般是中空的圆柱形铝管或铜管,当中一部分空间充有易于蒸发的液体,管壁有吸液芯,由毛细多孔材料构成。管中始终保持真空状态,因而当中的液体的蒸发温度与环境温度相近。

　　热管两端产生温差的时候,蒸发端的液体就会迅速沸腾气化。由于气化后蒸气压力较大,在压力差的作用下,产生的蒸气上升到冷却层后冷凝成液体,液化释放热量,以实现把热量从蒸发端带向冷凝端。利用液态和气态之间相变反应的高速度,热管的热传导效率比普通的纯铜高数十倍,甚至上百倍。因此,应用热管技术可以在极短的时间内将热量从热管的热端传导到热管的冷端而不会在发热部位堆积,均匀地分布到散热片的各个鳍片上,极大的提高了散热片的导热性能。液体在冷凝端凝结液化以后,通过毛细作用,流回蒸发端。如此循环往复,不断地将热量带向温度低的一端。

　　采用热管的散热器比起传统的风冷散热器有成倍的效能提升,打破了风冷极限。热管还可以让散热器设计成任何形状,不必再担心与其他配件发生干涉。热管在热传递上的高效能,也让设计者不必大量采用价格昂贵的铜材,只需轻薄的铝片帖合热管外壁,既能达到理想散热性能。

　　一根热管的基本结构由容器、毛细结构和动作流体三部分组成。很多人都对热管中装的东西很好奇。那么,热管中装载的到底是什么呢?一般来说,热管中的动作流体需要根据热管所工作的温度区间进行选择。对于PC散热,考虑到成本因素,厂商们一般选择的是纯水和部分添加剂。

　　那么,一般热管要装进多少动作流体呢?动作流体装入量太少,会导致流体无法将毛细结构孔隙填充,造成热管蒸发端局部干燥。而动作流体装入过多,则会引发液体阻塞现象,导致冷凝端无法正常工作。因此,热管的直径、毛细结构孔隙率、热管长度都会直接影响到动作液体的填入量。一般来说,最常用的5mm外口径,3.6mm内径,长度为150mm的铜热管动作液体装填量为0.4毫升。

　　液体冷凝的过程会采用到毛细原理,因此毛细结构是一根合格热管产品的核心。它主要有三个作用:一是提供冷凝端液体回流蒸发端的通道,二是提供内壁与液体/蒸气进行热传导的通道,三是提供液气产生毛细压力所必须的孔隙。

　　热管的毛细结构分为四种:丝网、沟槽、粉末烧结与纤维体,在PC散热领域常见的毛细热管主要有两种结构:沟槽式和烧结式。沟槽式热管是热管毛细结构中制造较简单的一种,采用整体成型工艺制造,成本是一般烧结式热管的2/3。沟槽式热管生产方便,但缺点十分明显。沟槽式热管对沟槽深度和宽度要求很高,而且其方向性很强。当热管出现大弯折的时候，沟槽式方向性的特性就成了致命缺点，导致导热性能大幅度下跌。而烧结式热管则生产工艺相对比较复杂,成本也比较高。热管烧结对铜粉质量、纯度,单铜粉颗粒直径、烧结温度、烧结均匀度都提出了很高的要求。因此制造一根优异的烧结式热管并非容易的事情。不同工艺和成本制造的烧结热管,热传导能力也是不一样的。