热管的八大传热极限

热管具有高导热效率、低成本的优点，在各种散热场景中得到了广泛的应用。不过，热管虽好，也不是万能的，他们也有自己说不出的苦衷，也受到了很多限制，导致它们的性能发挥也受到了诸多因素的影响，热负荷也不能无限制的加大。下面，我们就一起来看看。

热管的传热极限图

事实上有许多因素制约着热管的工作能力，也就是其传热极限。限制热管传热的物理现象为毛细力、声速、携带、沸腾、冷冻启动、连续蒸汽、蒸汽压力及冷凝等，这些传热极限与热管尺寸、形状、工作介质、吸液芯结构、工作温度等有关，限制热管传热量的类型是由该热管在某工作温度下各传热极限的最小值所决定的。

极限1—连续流动极限

对小热管如微型热管，以及工作温度很低的热管，热管管内的蒸汽流动可能处于自由分子状态或稀薄、真空状态。在这种情况下，由于不能获得连续的蒸汽流，传热能力将受到限制。

秘密2—冷冻启动极限

在从冷冻状态启动过程中，蒸发段来的蒸汽可能在绝热段或冷凝段再次冷冻，这将耗尽蒸发段来的工作介质，导致蒸发段干涸，热管无法正常启动工作。

根据工质的不同，吸液芯中的工质可能是固态。对于低温或中温热管，在室温下其工质通常为液态。对于高温热管，因为热管中的工质熔点很高，在室温下通常是固态。因此，冷冻启动极限在高温热管操作中经常遇到。

在热管启动之前，吸液芯中的工质为固态，热管的内部基本为真空。当蒸发段加热后，蒸发段的温度开始上升。然而，热管其他部分的温度还基本是室温。当蒸发段温度超过工质熔点时，工质液化并在吸液芯和蒸汽交界面处开始汽化。蒸汽从蒸发段流向绝热段和冷凝段，在冷凝段吸液芯和蒸汽交界面处冷凝，放出潜热，由于毛细力的作用回流至蒸发段。然而，冷凝的蒸汽在冷冻的吸液芯表面可能冻结，不能回流至蒸发段。在这一区域的液体可能枯竭。在这种情况下，蒸发段将出现干涸现象,即为达到了冷冻启动极限。

秘密3—黏性极限（蒸汽压力极限）

当蒸汽的压力由于黏性力的作用在热管冷凝段的末端降为零，如液态金属热管，在这种条件下，热管传热将受到限制。热管的工作温度低于正常工作温度范围时将遇到这种极限，它又被称为蒸汽压力极限。

秘密4—声速极限

热管管内蒸汽流动，由于惯性力的作用，在蒸发段出口处蒸汽速度可能达到声速或超声速，而出现阻塞现象，这时的最大传热量被称为声速极限。

在大多数情况下，声速蒸汽流动在热管中是暂时的，当热管工作温度升到-一个足够高的水平时就会消失。然而，对于某些热管，当冷凝段的传热系数高或热量在蒸发段输入低时，声速或超音速的蒸汽流在热管达到稳定工作时仍不会消失。热管工作在声速极限或接近时,会造成沿热管长度方向的轴向大的温度差和压力差，从而将降低传热能力。

秘密5—携带极限

当热管中的蒸汽速度足够高时，液汽交界面存在的剪切力可能将吸液芯表面液体撕裂将其带入蒸汽流。这种现象减少了冷凝回流液，限制了传热能力。

当被携带的液体足够多时，返回蒸发段液体的量不能满足蒸发段的需求，于是导致蒸发区干涸，这便是达到了携带传热极限。

秘密6—毛细极限（流体动力限制）

热管中工作介质的循环靠毛细吸液芯结构与工作液体产生的毛细压头维持，由于毛细结构为循环提供的毛细压头是有限的，这将使热管的最大传热量受到限制，这种限制通常称作毛细极限或流体动力极限。

如果加热量超过某一数值，由毛细力作用抽回的液体就不能满足蒸发所需的量，于是便会出现蒸发段的吸液芯干涸，蒸发段管壁温度剧烈.上升，甚至出现烧坏管壁的现象。

秘密7—冷凝极限

热管最大传热能力可能受到冷凝段冷却能力的限制，不凝性气体的存在将降低冷凝段的冷却效率。不凝气体一般由介质不稳定或介质与管材发生反应而产生的。

秘密8—沸腾极限

如果径向热流或管壁温度变得非常高，吸液芯中工质的沸腾可能阻碍工作液体的循环而导致沸腾极限。

热流量增大，与管壁接触的液体将逐渐过热，并会在核化中心生成汽泡。热管工作时应避免汽泡的生成，因为吸液芯中一旦形成汽泡后,如果不能顺利穿过吸液芯运动到液体表面，就将引起表面过热，以致破坏热管的正常工作。

以上就是热管的八大传热极限啦，你看明白了吗？