E X P

  • 编辑
  • 评论
  • 标题
  • 链接
  • 查错
  • 图文
  • 拼 命 加 载 中 ...

    相信大家在看完上次的《风冷散热器要多少根热管?》视频之后,对于散热器热管的了解又更进一步了,而在这里我们将会讲述一下关于热管的一些知识,并且动手看看不同长度和直径的热管的导热性能差异。

       

    手机链接:哔哩哔哩

    热管的基本特性

    良好的导热性: 热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热,热管内汽化的蒸汽能以接近音速的速度传输,热阻很小,因此具有很高的导热能力,和金属相比高几个数量级。

    优良的等温性: 热管内蒸汽处于饱和状态,压力决定于饱和温度,饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很小,根据热力学中的方程式可知,温降亦很小,因而热管具有优良的等温性。

    热流密度可变性:热管的冷凝段和蒸发段长度是可以随意变动的,可在蒸发段输入高热流密度,冷凝段输出低热流密度,反之亦然,这特性可以改变热流密度,解决一些其他方法难以解决的传热难题。

    热流方向的可逆性:一根水平放置的有芯热管,由于其内部循环动力是毛细力,因此任意一端受热就可作为蒸发段,而另一端向外散热就成为冷凝段。

    热管的结构

    把一根热管切开,从外到内由三层结构组成,分别为是外壳、管芯还有中央的蒸汽腔。

    外壳其实就是一个真空的密封管道,电子设备用的热管最常见的材质是铜,热管用什么外壳取决于它的使用环境和内部工质,也有用铝或者不锈钢的外壳,还有针对1000度高温以上的难熔金属外壳。

    管芯贴在热管壁内侧,该层的作用就是产生毛细力,让工质从冷凝段移动到蒸发段,从管芯的材料来划分的话有烧结式、丝网式和沟槽式三种。

    烧结式热管是目前最为常用的,性能和抗重力能力最好,但成本也是最高的。沟槽式性能最低,也没有抗重力能力,但成本最低。丝网式则刚好夹在这两种之间。

    热管负载传热的是内部的流体工质,用何种工质也取决于热管的工作环境,消费级电子产品用的热管里面最常见的就是水,除此之外比较常见的是甲醇,这种热管可在零度以下工作,液态氨工质铝外壳的热管则主要用在太空中。

    至于为什么剪开热管没看到工质流出,实际上热管里的工质是很少的,过多的话会引发液体阻塞现象,导致冷凝段无法正常工作,当然过少也不好,流体无法将毛细结构孔隙填充,造成热管蒸发段局部干燥。热管的直径、毛细结构、热管长度都会直接影响到液体的填入量。最常见的直径6mm长度375px的热管其工质装填量大约为0.5毫升,而且都填充在毛细孔中,所以就算剪开热管也不会看到有液体流出。

    热管中间未被管芯和工质占据的空间就是蒸汽腔,这是工质相变后从蒸发段移动到冷凝段的通道。

    热管的导热系数

    为什么散热器要用到热管呢?因为热管的导热系数相当高,硅脂的导热系数不到10W/mK,铝的导热系数在200W/mK左右,铜则是390W/mK左右,热管的导热系数可以做到1500到50000W/mK,完全不是一个数量级的。

    传统金属材料能影响它的导热系数的只有温度,而且变化范围很小,而影响热管导热系数的因素有很多,热管的传热性能是受多方面影响的:

    1、热管管芯的类型;
    2、热管的直径;
    3、热管的有效长度,这里指的是蒸发段和冷凝段的长度,当然绝热段长度也有一定影响。
    4、热管放置的角度,也就是蒸发段和冷凝段的位置,由于热管内的液体是需要借助毛细力和重力从冷凝段拖回蒸发段的,当冷凝段位于蒸发段正上方时(也就是+90度)这个力就等于毛细力加重力,回流效果最好,热管传热效果也是最好的。当冷凝段位于蒸发段正下方时(-90度)回流需要克服重力影响,回流效果最差,传热效果自然就差。

    在热管类型相同的情况下,热管越粗,有效长度越长,热管的导热效率越高,所以热管比金属更适用于长距离的热量输送。

    热管的形状对性能的影响

    热管在保持一根直管的状态时性能是最好的,但实际使用时厂家会对其再加工成所需要的形状,热管的可塑性很强,可以进行较大幅度的弯曲,当然也会有一定的限制,热管的最小弯曲半径是热管的3倍,此外弯曲会降低热管的导热性能,平滑的弯曲会比大角度弯曲影响要小,通常来说每弯曲45°会让最大传热功率大约下降2.5%。

    散热器和笔记本上的热管很多都被压平过,最多可以压平至原始直径的三分之一,当热管变平时会影响它的性能,因为压平其实就是压缩了蒸汽腔的空间,从而增大了蒸汽从蒸发段到冷凝段的阻力,当这个阻力足够大导致工质从蒸发段向冷凝段转移的速度低于管芯回流的速度时就会让热管的导热性能降低。

       

    图中的虚线就是不同直径的标准烧结式热管管芯回流的极限,而不同颜色的曲线则是热管压平至2.5mm、3mm、3.5mm和4mm时的蒸汽腔通过极限。可见厚度在3.5mm以上时热管性能是不会受影响的,厚度是3mm时直径在6mm以下的热管两根线刚好重合,8和10mm的热管性能会有影响。

    ×
    热门文章
    1英特尔透露Copilot本地运行条件:至少需要40 TOPS算力的NPU
    2酷冷至尊带来TD500 MAX机箱:预装风扇、360水冷和850W ATX 3.0电源
    3英特尔Lunar Lake MX参考平台曝光:8核心CPU及GPU,集成LPDDR5X内存
    4瀚铠推出Radeon RX 7700 XT星空:双100mm风扇+6热管,2.5槽,售价3229元
    5第三代高通S5和S3音频平台发布:分别面向高端和中端市场,提升无线音频体验
    6美光西安封装和测试工厂扩建工程启动:引入全新产线,制造更广泛的产品组合
    7矽速科技开发中的新掌机十分小巧,基于FPGA芯片打造
    8京东方凭定价赢得苹果OLED订单,或成为第四代iPhone SE独家面板供应商
    9两个版本的微星Claw性能对比:酷睿Ultra 5的游戏性能几乎与酷睿Ultra 7相同
    欢迎参与评论,每一条合规评论都是对我们的褒奖。
    登录快速注册 后发表评论
    登录 后发表评论,若无帐号可 快速注册 ,请留意 评论奖罚说明