在現(xiàn)代電子設備中，散熱器的設計對性能有至關(guān)重要的影響。CPU作為計算機的“心臟”，在運行時會產(chǎn)生大量的熱量。如果不及時散熱，高溫將導致性能下降甚至損壞硬件。
因此，高效散熱成為設計者面臨的挑戰(zhàn)。細心觀察不難發(fā)現(xiàn)，許多高性能散熱器中都會使用一種細長的金屬管——這正是我們要討論的主角：熱管。
熱管技術(shù)的發(fā)展歷史可以追溯到20世紀中葉
熱管概念的提出：
1944年，美國通用發(fā)動機公司的R.S.Gaugler在美國專利（No. 2350348）中提出了熱管的工作原理，但他的想法當時并沒有得到廣泛的認可和采納。
熱管的重新發(fā)明與命名：
1963年，美國Los Alamos國家實驗室的G.M.Grover重新獨立發(fā)明了這種傳熱元件，并對其進行了性能測試實驗，正式將這種傳熱元件命名為“熱管”（heat pipe）。
熱管理論的提出：
1965年，Cotter首次提出了較完整的熱管理論，為后續(xù)熱管的研究和發(fā)展提供了理論基礎。
熱管技術(shù)的早期應用：
1964年，世界上第一支熱管在美國的洛斯阿拉莫斯科學實驗室誕生。
1967年，該實驗室首次將一支實驗用水熱管送上了地球衛(wèi)星軌道。
熱管技術(shù)在中國的發(fā)展：
1972年，中國研制出第一根熱管，它是以鈉為工質(zhì)的，隨后研制了以氨、水、導熱油為工質(zhì)的熱管。
熱管技術(shù)的應用擴展：
20世紀70年代，熱管技術(shù)開始應用于醫(yī)療手術(shù)刀，隨后在能源工程領域得到應用，國外用于余熱回收和空調(diào)的熱管換熱器已部分商品化。
熱管技術(shù)的工業(yè)化與大型化：
1980年代，熱管換熱器的研制工作迅猛展開，出現(xiàn)了回轉(zhuǎn)式、分離式等新的結(jié)構(gòu)型式，并日趨工業(yè)化、大型化。
熱管技術(shù)的應用多樣化：
熱管技術(shù)的應用重點由航天轉(zhuǎn)移到地面，由工業(yè)化應用擴展到民用產(chǎn)品，尤其是微型熱管技術(shù)發(fā)展迅速，被廣泛應用于電子裝置的芯片、筆記本計算機的CPU等。
而對于高效散熱設備而言，相變換熱是一種極其高效的熱量傳遞方式。相變換熱涉及物質(zhì)在固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，當物質(zhì)吸收或釋放潛熱時，就會在不改變溫度的情況下發(fā)生相變。
例如，水的蒸發(fā)和冷凝就涉及相變過程。水在蒸發(fā)時吸收大量的熱量，而在冷凝時釋放這些熱量。熱管正是利用這種原理來快速傳遞熱量。
熱管的原理
熱管是一種高效的熱量傳遞裝置，能夠在較短的時間內(nèi)將熱量從一端傳輸?shù)搅硪欢?。它的核心原理是通過相變和毛細作用進行熱量傳遞。熱管內(nèi)部包含工作液，當熱量輸入端（稱為蒸發(fā)段）受熱時，工作液吸收熱量并迅速蒸發(fā)形成氣體。
隨后，氣體沿著管內(nèi)移動到冷卻端（稱為冷凝段），在此過程中冷凝成液體并釋放熱量。液態(tài)工作液通過毛細作用或重力返回到蒸發(fā)段，完成一個完整的循環(huán)。
典型的熱管主要由以下三部分構(gòu)成：
外殼：通常由高導熱性金屬制成，如銅或鋁。
工作液：根據(jù)應用需求選擇，如水、氨、乙醇等。
毛細結(jié)構(gòu)：內(nèi)部有多孔結(jié)構(gòu)（如燒結(jié)金屬或編織網(wǎng)），用于通過毛細作用將冷凝后的液體回流到蒸發(fā)段。
熱管的類型
熱管種類豐富，常見類型包括：
軸向槽道型熱管：內(nèi)部具有軸向槽道，液體沿槽道回流。
燒結(jié)芯熱管：內(nèi)部使用燒結(jié)金屬網(wǎng)，適合需要多角度操作的場合。
1. 電子設備散熱最常見的熱管應用是電子設備的散熱，尤其是在電腦的CPU和GPU散熱器中。熱管能夠快速地將熱量從芯片傳遞到散熱鰭片，幫助散熱器高效散發(fā)熱量，保持設備的穩(wěn)定運行。
2. 航空航天領域熱管在衛(wèi)星和空間站的熱控系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。由于空間中缺乏空氣進行對流散熱管成為實現(xiàn)設備內(nèi)部熱量轉(zhuǎn)移的可靠手段。通過熱管，可以將發(fā)熱部件的熱量傳遞到散熱表面，從而確保設備在極端溫度環(huán)境中正常工作。
3. 青藏高原地區(qū)存在大量的凍土，這些凍土層在冬季凍結(jié)，在夏季融化，導致路基不穩(wěn)定，對鐵路的安全運行構(gòu)成威脅。凍土層的變化會引起鐵路路基的不均勻沉降，可能導致鐵軌變形甚至塌陷。
使用熱棒是為了解決高原凍土帶來的路基穩(wěn)定性問題，確保鐵路的安全運行，同時具有環(huán)保和經(jīng)濟效益。
4. 建筑暖通和工業(yè)設備熱管技術(shù)在建筑暖通系統(tǒng)中有助于能量回收，提升空調(diào)和通風系統(tǒng)的效率。在工業(yè)設備中，熱管也被用于高溫環(huán)境中的散熱與冷卻。
