Celsia 提供各种形状、尺寸和性能特征的热管制造，用于其定制散热器设计。它们的高导热性、易于弯曲和成型以及超长的使用寿命使热管成为固体金属散热器的理想升级产品，或者在某些情况下可替代泵送液体冷却系统。

热管技术

要了解热管技术，首先要了解其每个组成部分的功能。

  1. 外壳/外壳——热管外壳是一个真空密封的容器（管），里面装有灯芯结构和工作流体。一旦添加了灯芯材料和液体，该装置就被真空密封。
  2. 热管芯材料 - 固定在热管内壁上，芯吸收（对于大多数芯）并有助于将液体从热管的较冷端分配到较热端。
  3. 工作流体——热管工作流体变成蒸汽，将热量从一端带到另一端。因为它在真空中，所以水在低得多的温度下会变成蒸汽。
  4. 热管蒸汽空间 – 未被水和灯芯占据的可用于传输蒸汽的内部空间量。不是真正的“部分”，而是其他“部分”选择的结果。

最流行的热管技术组合为铜外壳，使用铜烧结芯，以水作为工作流体。这种金属外壳、灯芯类型和流体的组合，当用于冷却电子设备时，与其他组合相比，可实现最宽的工作温度范围、最高的热管功率承载能力以及处理最高功率密度的能力。下图显示了不同类型流体的工作温度范围。
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工作液
对于其他工作流体，最常见的组合是甲醇（流体）与铜外壳和铜烧结芯。然而，这种类型的热管的运行距离仅次于铜/水，因为它们主要用于较冷的陆地环境，其中热管需要在低于冰点的温度下运行。其他组合，例如带有氨（液体）的铝制外壳，主要用于太空/卫星应用
虽然大多数热管制造商只提供现成的产品，但 Celsia 针对每种应用优化了外壳壁厚、灯芯特性和流体负载。在生产过程中，每根热管都经过烧毁和氦气测试，以了解泄漏和热性能，然后再集成到散热器中。此外，每个完成的散热器都经过测试和验证，以满足或超过引用的散热和尺寸要求。

热管如何工作

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热管工作原理

为了使热管工作，热量被施加到热管的一个区域，将液体变成蒸汽。这种相变发生在远低于液体的露天蒸汽点的温度下，因为整个容器都是真空密封的。然而，烧结铜水热管在 0 摄氏度时会结冰，直到25 摄氏度左右才会进入其运行“最佳位置” 。
接下来，蒸汽移动到压力较低的区域（远离热源），在那里它冷却并返回液体形式。最后，冷却的液体被吸收到热管芯材料中并重新分配（通过毛细作用）到蒸发器区域。热管芯的毛细作用类似于如果只将一个角放在水中，纸巾将如何被浸湿。只要施加热量，该过程就会不断重复。
热管的直径范围从 2 毫米到 12 毫米不等。一般来说，直径越大，它可以处理的热量（以瓦特功率为单位）就越多。这取决于热管芯材料、热管必须工作的角度、热管弯曲和/或扁平的程度以及设备工作的高度。
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热管灯芯材料

共有三种常用的热管芯材料，每种材料都具有独特的成本和性能特点。按成本和抗重力工作能力从高到低排列，它们是：烧结铜芯、筛网芯和带槽芯。

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热管灯芯材料

烧结铜

因为它们可以处理高功率密度并且可以很好地抵抗重力，所以烧结铜热管是最广泛用于大多数电子冷却应用的。烧结材料以粉末形式开始，有时含有不同大小的颗粒，然后烘烤到铜管的壁上。

筛网/网眼

具有垂直金属线的筛网（如筛门）或沿同一方向运行的编织铜线是另一种类型的热管芯材料。它们通常用于使热管尽可能薄，尽管权衡是较低的功率密度和抵抗重力工作的能力。

槽

当热管在冷凝器下方的蒸发器的重力辅助下，冷凝的液体在没有毛细作用的情况下返回，因为它可以简单地向下流动。带槽热管的主要优点是价格低廉，因为芯结构是作为热管挤压工艺的一部分形成的。

热管性能

更通常称为 Qmax，最大热管承载能力通常随着管道直径的增加而增加。然而，每种灯芯类型都可以调整以优化特定的性能参数，烧结灯芯尤其如此。
例如，下图绘制了不同直径的典型烧结灯芯热管的 Qmax 与管道需要运行的方向。灰线代表一个 10mm 管道，设计用于在平坦（0 度方向）时最大化 Qmax。像所有热管一样，Qmax 随着蒸发器移动到冷凝器下方而增加。反之亦然，从一个极端方向到下一个极端方向，Qmax 可能下降多达 95%。然而，内部结构——芯厚度、芯孔隙率和工作液量——可以改变以针对特定条件进行优化。

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不同方向的热管承载能力 (Qmax)

如果工程师知道热管将需要在 -50 到 -90 度之间的方向运行，则可以优化灯芯结构以增加毛细管泵送作用。如下图所示，重力优化的 6mm 热管现在比未优化的 6mm 热管具有更高的功率承载能力 (Qmax)，以满足该应用的需求。权衡？在 -45 度以上的方位，其 Qmax 低于非重力优化的 6mm 管道。
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重力优化热管
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热管形状

热管可以通过弯曲和/或压平制成几乎任何形状；受某些参数的限制。典型的最小弯曲半径是管子直径的 3 倍。但是，弯曲会降低其最大功率传输能力 Qmax。平滑、渐进的弯道比紧弯道的影响要小，但一个好的经验法则是，每 45 度弯道 Qmax 会降低 2.5%。请联系 Celsia engineering@celsiainc.com 了解有关您的应用的详细信息。
将热管压平到其原始直径的三分之一通常被认为是最大的，尽管这个数字随着较小的管道（2-4mm）而降低，随着较大的管道（>10mm）而增加。）。当管子变平时，性能可能会受到影响。下面的图表提供了一些关于扁平化如何影响热管性能的见解。如果热管与应用适当匹配，其 Qmax 由灯芯限制或蒸汽限制中的较低者确定。例如，对于圆形 6 毫米标准热管，灯芯限制（黑色虚线）刚好低于 60 瓦。将其压平至 4、3.5 或 3 毫米对其 Qmax 没有影响，因为蒸汽限制高于灯芯限制。请注意，将圆形 8 或 10 毫米热管压平至 3 毫米或 2.5 毫米会对它的 Qmax 产生重大影响。

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最大热管承载能力是灯芯和蒸汽限制中的较小者
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热管有效导热率

在对集成到热解决方案中的两相设备进行 CFD 建模时，了解热管的热导率非常重要。
定期发布的热管热导率范围为 5,000 至 100,000 W/mK。这大约是实心铜的 250 倍和实心铝的 500 倍。但是，工程师应确认其特定应用的电导率数值。与固体金属不同，热管的有效导热率差异很大。
两相设备的性能随温度和功率密度等许多因素而变化，这些设备的有效电导率是在给定操作条件下的操作快照。这通常是在设备的最坏情况下完成的。有效电导率数值来自计算的 delta-t 与功率 (Q)、横截面积 (A) 和热量移动的长度 (L) 的因子。长度是电导率计算的主要因素。
下图说明了长度对热管热导率的影响。在此示例中，我们使用了三个 (6mm) 热管来传输来自 75 瓦电源的热量。虽然仅 75mm 的热管长度可实现 10,000 W/mK 的热导率，但 200mm 长度的热导率刚好超过 44,000 W/mK。

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图 1：作为长度函数的热管有效导热率