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你了解内幕吗? 深度解析热管工作原理(1)

晨怡热管 2012-8-6 16:09:30

为解决高发热量问题,电脑散热器近年来可谓是日新月异。热管、液态金属、回流焊接、线切割等各种高科技材料的应用以及堪比工艺品的制造工艺,如今都体现在了电脑散热器上。


    其中,热管的应用更是成为了如今高性能散热器的代名词之一。热管是一种导热性能极高的被动传热元件。热管利用相变原理和毛细作用,使得它本身的热传递效率比同样材质的纯铜高出几百倍到数千倍。热管是一根真空的铜管,里面所注的工作液体是热传递的媒介。在电子散热领域里,最典型的工作液体就是纯净水。使用圆柱形铜管制成的热管是最为常见的。热管壁上有吸液芯结构。依靠吸液芯产生的毛细力,使冷凝液体从冷凝端回到蒸发端。
  因为热管内部抽成真空以后,在封口之前再注入液体,所以,热管内部的压力是由工作液体蒸发后的蒸汽压力决定的。只要加热热管表面,工作液体就会蒸发。蒸发端蒸汽的温度和压力都稍稍高于热管的其它部分,因此,热管内产生了压力差,促使蒸汽流向热管内较冷的一端。当蒸汽在热管壁上冷凝的时候,蒸汽放出汽化潜热,从而将热传向了冷凝端。之后,热管的吸液芯结构使冷凝后液体再回到蒸发端。只要有热源加热,这一过程就会循环进行。

    通过原理介绍,我们可以看出热管并不具备任何散热作用而仅仅具备导热的作用而已。要想将热管导出的热量尽快排出,散热器上还必须设计有大面积散热鳍片以及设计有良好的散热性能。

    近期看到论坛上关于热管散热器争论颇多,其中关于安装方向问题更是引起了众多玩家的讨论。通过简单的变更热管散热器安装方向便可直接影响到最终性能的发挥,最佳成绩与最差成绩差距竟然可以达到18%。围绕这一现象众多玩家展开了激烈讨论,最终讨论分为了两大派别:1、热管裸露部分受到外界冷空气影响,导致蒸发速度降低最终影响性能发挥;2、热管内部工质受到重力影响,回流不畅最终影响性能发挥。
    两大派别为了证实自己的说法正确性,纷纷找来大量技术资料以及通过实际测试来进行证明。那么两大派别到底是谁对谁错呢?最终,我们还需要通过原理来进行分析并且结合实际测试来进行验证。

    首先,我们还是从原理来对这一现象进行分析。如同工作原理介绍部分中所描述的一样,热管实际是利用液体、气体的循环变化而实现导热作用。热导管与发热端接触部分称为吸热端,而与散热鳍片接触部分称为冷凝端。两端没有本质区别,区分方法只需要看哪一端与发热源接触哪一边就是吸热端,另一端则是冷凝端。在吸热端与冷凝断之间的部分为导热部分,导热部分大多数情况下是与空气直接接触。
    由于热管内部工质掺杂有一定化学原料并且采用抽真空设计,所以工质得沸点远远低于标准大气压下水的沸点通常仅有摄氐35度左右。如果热管道热过程中受到外界冷空气干扰,就会导致工质蒸发气体在未到达冷凝端时就会出现液化回流现象,从而大幅度影响了热管散热器的性能表现。这一观点,从同一热管散热器四个不同角度安装后的性能表现便可看出。

    然而对于性能损失来自重力的观点,也不能说没有一定道理。为加强热管效能,目前很多热管制造厂家都会在热管内部填充一定数量铜粉。铜粉的作用,是为进一步加大发热源以及冷凝端与工质的接触面积。在这种情况下,人们自然会联想到重力对于热管性能表现的影响。如果冷凝端冲下,那么铜粉怎么又会自己往上跑呢?这样的问题确实在一定程度上可以成立。但是,由于目前PC上所采用的热管均采用内部抽真空的毛细结构加之从体积上属于微型热管,所以在重力影响上几乎可以忽略不计。

责任编辑: banye 参与评论
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