热管和热交换器
什么是热管?
热管是导热系数非常高的导热设备。热管是抽空容器,通常横截面为圆形,其中回填少量的工作流体。它们是完全被动系统,没有活动部件,通过最小温度梯度将热量从热源传导至散热器或等温表面。
热管如何工作?
通过工作流体蒸发和冷凝。由于热量是蒸发器的输入源,液体蒸发,在管道中形成压力梯度。这个压力梯度迫使蒸汽沿着管道流到更冷的部分进行冷凝,释放出蒸发潜热。工作流体然后通过多孔芯结构中的毛细力或重力返回到蒸发器。
热管的用途是什么?
热管广泛用于各种应用——只要热量必须以最小热梯度进行传导,无论是为了增加散热器尺寸、将散热器重新安置到一个远程地点,还是需要等温表面的情况,均可使用。常见的应用包括电脑处理器冷却、等温炉内衬以及航空航天热传导。
常用热管的导热系数是多少?
跟实心材料不同,热管没有设定的导热系数,因为它们具备两相热传导。它们的导热系数效率随着长度而改善。均负载100W的12英寸和4英寸热管热梯度几乎一样,因此,12英寸管子的导热系数更高。与实心材料不同,热管的有效导热系数随着导热功率及蒸发器和冷凝器的大小而变化。根据热管长度,有效的导热系数范围可能是10至10,是铜导热系数的000倍(4,000 W/meter·K至 4,000,0000 W/meter·K)。
热管可以使用什么材料制造?
工作流体兼容性确定选择哪种热管壁或壳体材料。热管工作流体基于应用运行温度范围进行选择。选择工作流体后,热管壁或壳体材料基于其与工作流体的化学兼容性进行选择,以防止流体和热管壁或壳体之间产生腐蚀或化学反应。工作流体和热管内管壁材料之间的化学兼容性问题可能发生化学反应,产生不冷凝的气体。热管内不冷凝气体可能导致运行故障。
热管的主要导热限制是什么?
基础热管的四个热传导限制是:
毛细限:孔芯结构将工作流体从热传冷凝器传输至蒸发器的最大毛细泵送压力。必须克服热管内的三个基本压降,即蒸发压降、液体压降及重力/体积力压降。
沸腾限:当超过最大径向热通量(W/cm2)时,工作流体蒸发率超过来自热管冷凝器部分的液体冷凝率,此时沸腾限出现。达到沸腾限时,液态工作流体无法吸收热量,热管进入干涸状态而停止运行。
声波极限:工作流体的最大流量 从热管蒸发器到冷凝器的蒸汽流量。当蒸汽流速超过声速时,实现阻塞流动,热管不会等温运行。
携带极限:当蒸汽从蒸发器流向热管冷凝器部分时,其剪切应力在蒸汽-孔芯界面导致液体被携带进冷凝器部分,此时出现携带极限。超过携带极限可能阻止工作流体从冷凝器部分返回到蒸发器部分,热管从而停止工作。
热管是否可靠?
是的,主要是因为它们没有活动部件。它们是航空航天等无法进行维护的应用的理想选择。热管故障的主要原因是热管中产生气体,但这可以通过适当的清洁和组装程序完全避免。Boyd是世界上唯一一家可以声称拥有超过40年热管可靠性和寿命测试数据的热管制造商。
热管贵吗?
与传统(且更低效)的热传导方法相比,例如铝挤出及铸件散热器,热管初始成本可能更高。因此对于通过简单导热散热器即可实现冷却的应用,我们不建议采用热管。但是,对于要求更高的应用,热管的总体成本相比其他选择是具有竞争力的。初始成本通过系统可靠性改善和电子设备在更低的温度条件下运行而增加的使用寿命而得到部分抵销。如果大量订购,热管成本大幅降低,常常使其成为应用冷却最经济的解决方案。
热管是否能抵抗重力作用?
是的,蒸发器位于冷凝器上方时会出现这种情况。这些应用中,工作流体必须通过泵压对抗重力作用而回到蒸发器。孔芯结构为工作流体提供泵压穿过多孔芯结构中形成的毛细压力,这种情况会发生。孔芯结构的孔径越小,热管运行面料的重力阻力越大。(纳米级孔芯可供选择)
不是所有类型的被动热传导都能够抵抗重力运行。热虹吸管与热管类似,但没有孔芯结构且仅在重力辅助下运行。
热管中使用什么液体?
热管工作流体的范围从用于低温热管应用的氦气和氮气,到用于高温散热的液态金属,如钠和钾。用于电子冷却操作的一些更常见的热管流体是氨、水、丙酮和甲醇。Boyd拥有使用所有这些流体制造热管的经验,用于低温(>1,000°C)应用的低温应用。
水热管在100° C以下运行状况如何?
大气压下的水在<100°C沸腾,但在热管内,水不在大气压下。热管的内部压力是流体在相应流体温度下的饱和压力。热管中的流体在任何高于其冰点的温度下都会沸腾。因此,在室温(20°C)下,水热管处于部分真空状态,一旦输入热量,热管就会沸腾。
热管会结冰吗?
是的,包括水在内的热管工作液保持其正常冰点。在温度升至流体的冰点温度以上之前,热管不会运行。但是,正确设计的热管不会因工作流体的冻结或解冻而损坏。Boyd已成功设计,开发和制造了耐冻热管,这些热管拥有超过20年的现场应用经验。
你们能提供什么换热器报警功能?如何提供?
温度控制、速度控制及风扇故障警报均可集成到每一个换热器上。这些功能可通过安装固态控制板及/或集成该功能到风扇上面而得以实现。
如何密封Boyd HXi®换热器系列的核心元件?
Boyd使用RTV密封胶在内芯盒和芯法兰组件周围提供内聚垫圈。每个内芯盒和芯法兰组件都经过真空测试设计,以模拟NEMA 4条件。
能否对HX®翅片进行喷涂以保护环境?
是的,常用涂层为六价铬或符合RoHS标准的铬光泽覆膜。赫尔斯特酚醛塑料或电镀涂层可用于换热器,为设备提供环境保护(最小量适用)。
HX®、HXi®和HXc®技术有何不同?
每种技术在尺寸、效率、定制适应性和功率能力方面都有自己的优点。允许 Boyd 审查应用程序,以便推荐一个很好的解决方案。
你们是否提供定制设计?
Boyd利用广泛的技术来提供完全优化的定制解决方案以及我们的标准产品。
你们可否提供电脑生成模型,演示你们的换热器将如何在我的应用中运行?
是的,Boyd可以利用CFD(计算流体动力学)程序(如SmartCFD)来模拟热交换器的性能。