三、微熱管可實現(xiàn)傳熱強化

微熱管，是一種具有極高導熱性能的傳熱元件，它通過在全封閉真空管內(nèi)的液體的蒸發(fā)與凝結來傳遞熱量，它利用毛吸作用等流體原理，起到類似冰箱壓縮機制冷的效果。具有很高的導熱性、優(yōu)良的等溫性、熱流密度可變性、熱流方向酌可逆性、可遠距離傳熱、恒溫特性(可控熱管)、熱二極管與熱開關性能等一系列優(yōu)點，并且由熱管組成的換熱器具有傳熱效率高、結構緊湊、流體阻損小等優(yōu)點。由于其特殊的傳熱特性，因而可控制管壁溫度，避免露點腐蝕。微細熱管與常規(guī)熱管最大區(qū)別在于微熱管內(nèi)單位蒸汽流量的壁面比表面積提高，因而可實現(xiàn)傳熱的強化。

出于為電子器件冷卻的目的，Cotter在1984年提出“微型熱管”的概念以來，微型熱管的結構經(jīng)歷了重力型、具有毛細芯的單根熱管，到具有一簇平行獨立微槽道的平板熱管，進而發(fā)展到內(nèi)部槽道簇之間通過蒸汽空間相互連通的形式。近十幾年來，用于冷卻電子元器件的微熱管技術得到了很大的發(fā)展，國內(nèi)外有許多學者進行了研究。

從傳熱觀點看，微細熱管與常規(guī)熱管最大的區(qū)別在于微熱管內(nèi)單位蒸汽流量的壁面比表面積大大提高，因而可以實現(xiàn)傳熱的強化。平板微熱管陣列(micro- heatpipearray)，即將多個同時形成的、彼此完全獨立的微細熱管組合在一起(而不僅僅是微通道陣列熱管)，各個微細熱管間不連通，且每個微熱管內(nèi)表面可帶有微槽群等強化換熱的微結構。這樣的平板微熱管陣列與現(xiàn)有的平板熱管和單根微熱管相比，特點在于：第一，多根微熱管并聯(lián)解決了微熱管由于微尺度造成的熱輸運能力小的問題;第二，內(nèi)部的結構使得相變換熱面積大大增加。因為微熱管之間的鋁質(zhì)壁面具有很好的導熱性能，能夠將加熱面的部分熱量傳導到與其相對的微槽面上，在整個微熱管的周面都有相變發(fā)生。無論蒸發(fā)段還是冷凝段，單位蒸汽流通量的散熱能力得到極大強化。第三，微細熱管之間的間壁在結構上起到了“加強筋”的作用，大大增強了平板微熱管陣列的承壓能力。第四，平板微熱管陣列的外形扁平，能夠方便地與換熱面貼合，克服了常規(guī)圓形截面的重力熱管需要增加特殊結構才能與換熱面緊密貼合的缺點，減小了界面接觸熱阻。

平板微熱管陣列材料為鋁合金，寬度、長度、厚度可任意調(diào)整，內(nèi)部有一定數(shù)量和尺寸相同的、并排排列彼此獨立的微細熱管，每個微熱管內(nèi)有微槽群結構。這種結構使得平板微熱管陣列具有很高的可靠性，即使出現(xiàn)其中某個微熱管損壞的情況，其他獨立的微熱管仍然可以正常工作，因此平板微熱管陣列的可靠性遠遠高于連通結構熱管的可靠性。

平板微熱管陣列是種具有超導熱性能的導熱元件，其表觀熱傳導率是同樣金屬材質(zhì)熱傳導率的5000倍以上，是具有同樣斷面積的傳統(tǒng)圓形熱管的換熱能力的10 倍。平板內(nèi)的每根微熱管獨立工作，且承壓能力是傳統(tǒng)圓形熱管的10倍以上，很難發(fā)生機械性破壞每米溫差小于1攝氏度，幾乎可以被認為是一個等溫體;微熱管陣列的放熱面積大，鋁翅片、基板及熱管的溫度基本一致。利用平板微熱管陣列技術，每平米為200～400根，獨立運行的微熱管是高傳熱性、高可靠性微熱管陣列應具有承壓能力強、能夠與換熱表面很好貼合、熱輸運能力強、性價比高等特點。能夠解決目前電子芯片散熱、LED燈散熱等領域內(nèi)高熱流密度的散熱問題。

四、微熱管陣列具有高效吸熱性

微熱管陣列因為同時具有高效吸熱、傳輸及高效放熱特性，因此可以基本解決各種LED的散熱難題。熱管的性能表觀評價方法主要是測量熱管沿軸向的溫度均勻性。熱管的響應時間則取決于其材料(包括金屬材料及工質(zhì))的熱容。為了評價制作的平板微熱管陣列，用50cm長的熱管進行了均溫性及熱響應時間的測試。實驗時在熱管垂直方向布置4根T型熱電偶，分別位于熱管的蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段。

實驗數(shù)據(jù)表明，平板微熱管陣列具有很好的均溫性。從蒸發(fā)段到冷凝段的溫度差在1℃以內(nèi)，熱響應時間在80s以內(nèi)。通過對基于平板微熱管陣列的功率型LED照明裝置的幾種不同組合形式進行試驗測試，分析了平板微熱管陣列與散熱器的接觸面積、微熱管陣列熱運輸長度、接觸熱阻對基于平板微熱管陣列的功率型LED照明散熱裝置的影響，包括管板接觸面積對裝置的傳熱影響、接觸熱阻對平板微熱管陣列LED傳熱裝置的傳熱影響和U 形平板微熱管陣列的LED照明散熱裝置的性能。

微熱管可以隨意組合成一定寬度的平板微熱管陣列，且微熱管可以任意彎折，且傳熱效果在較低的熱流密度下無明顯變化。U形微熱管陣列是一種由實驗證明傳熱性能良好的微熱管陣列的彎折形式。微熱管陣列因為同時具有高效吸熱、傳輸及高效放熱特性，且可柔性變形與翅片結合，因此可以基本解決各種LED的散熱難題。其特點如下：

一是微熱管陣列的蒸發(fā)換熱部的最大換熱能力可達到200W/cm;

二是高熱傳導率：是實心鋁材的5000倍以上;

三是高可靠性：由于平板內(nèi)的每根微熱管獨立工作，即使有一兩根微熱管破壞，其他微熱管照樣在發(fā)揮作用而不至于影響使用。況且，其承壓能力是傳統(tǒng)圓形熱管的10倍以上，根本就很難發(fā)生機械性破壞;

四是高等溫性：每米溫差小于1℃，幾乎可以被認為是一個等溫體;

五是大面積接觸：由于微熱管陣列的放熱面積大，可實現(xiàn)鋁翅片、基板及熱管的溫度基本一致，幾乎完全消除了“翅片效應”。

審核編輯黃昊宇