>>> 2006年第10期
“热管”之谜
作者：韩吉辰
宇航器遇到的难题
在茫茫太空中航行的飞行器——人造卫星、太空航天站、宇宙飞船和航天飞机，都遇到了一个共同的“冷热”难题：就是航天器面向太阳的一侧受到太阳的直接照射，背向太阳的那一侧温度很低。由于太空里几乎没有空气，不可能通过空气来调节温度，因此，飞行器两侧的温差可以达到275℃！尽管飞行器的材料是经过特殊处理的，但仍然承受不了这么大的温度差别，容易变形。这对飞行器来说，是极其危险的。
为了消除巨大温度差别的危险，科学家们经过反复研究，终于发明了一种神奇的“热管”换热器。通过“热管”，可以连续不断地把面向太阳一侧机身的热能，迅速引到背向太阳一侧的机身，使航天器两侧的温差降到44℃以下。
“热管”开始被应用在宇宙航行技术中，自从它被引入散热器制造行业以来，人们便改变了传统散热器的设计思路。
“热管”的原理
如此神奇的“热管”，它的原理一定很深奥吧，不!实际上它利用的是我们中学课本上讲过的科学原理：液体蒸发时吸热，气体液化时放热。热传递有三种方式：辐射、对流、传导，其中热传导最快。
医生给我们打针前，一定要用酒精消毒，涂在皮肤上的酒精很快就会蒸发掉，同时这块皮肤会感到十分凉爽。这是因为，液体蒸发时要从周围的物体中吸收热量。我们知道，液体达到沸点以后，如果继续吸收热量，本身温度也不再升高，所吸收的热量会使液体在转变成气体时也要放出热量。这就是人们感到100℃的水蒸气要比100℃的开水烫的缘故。“热管”就是利用蒸发制冷使热量快速传导。
“热管”的发明历史并不太长，1964年发明于美国洛斯—阿洛莫斯国家实验室，紧接着进入“热管”的理论研究高峰期，有千余篇论文发表。按照“热管”管内工作温度区分，分为低温热管、常温热管、中温热管、高温热管等。
“热管”的基本结构
下面，我们来看看“热管”的基本结构和工作原理吧。
它是一根密封的环形金属管(可以是铜、铝、钢制)，管壳内衬垫一层多孔材料——吸液芯，里面灌有酒精或别的容易蒸发的液体，叫做工作介质，常用的有酒精、氟里昂、氨水、联苯、水银等。需要抽去管内的空气，使管内没有空气的压力，这样，液体在受热时很容易变成蒸汽。工作原理也不复杂：当热管一端受热时，吸液芯里的酒精等介质就会蒸发，这端就叫做“蒸发端”；酒精在汽化时会吸收大量的热，蒸汽沿着热管通道跑到另一端——“冷凝端”时，会遇冷凝结成酒精，放出同样多的热。而冷凝以后的液体酒精会很快渗进吸液芯里，由于毛细管的作用，重又回到蒸发端。只要热管两端温度相差几度，酒精就可以在管内反复循环，将热量迅速地从蒸发端传到冷凝端。
我们知道：在金属中，铜和银的导热能力最强，而“热管”的导热效率更高，热传导系数比铜和银高1000倍呢!一根直径25毫米的热管(相当于普通自来水管粗细)，传热的效果跟直径2．7米的铜棒差不多，是名副其实的导热冠军!
上面我们介绍了，热管的导热系数比铜和银高1000倍，有“热超导体”之称。而且它的体积小、重量轻、结构简单、形式及型体尺寸灵活多样，不用配备马达等动力传动设备，因此噪声低、使用寿命很长。热管的使用范围广泛，在-253℃的低温到2300℃的高温之间的环境中都可导热，甚至还可以在有毒的恶劣环境中默默地工作。
“热管”的广泛应用
“热管”的用途极其广泛，在工业机械、电子、电机、轻工等领域有越来越重要的作用。普通电动机一般用气冷或水冷设备对转子进行冷却，效率低、冷却部件体积大，整个电机显得粗大笨重，而且往往噪声大、污染环境。而利用“热管”对转子进行冷却，不但效率高，电动机的辅助设备的体积小，而且使用寿命更长，成本也有所降低。
在生活和生产中离不开各种锅炉，最近一种“热管”锅炉异军突起，它将最先进的航天“热管”传热技术运用在常压热水锅炉上，炉体上方与超大型烟箱相通。超大型烟箱内设有超导“热管”换热器，可以充分利用二次热能，回收余热。“热管”锅炉与普通的锅炉比较，优点非常突出：升温快一倍，热效率达到90％，节省燃料20％，有害气体排放量少，安全可靠，操作维修方便，价格便宜20％。是一种安全、高效、节能、环保的高新技术产品。
微型“热管”在电脑中的应用，由于高速处理器和越来越小的体积使得散热成为一个难题，热设计成了这些产品完整设计周期的一部分。先进的“热管”技术首先在笔记本电脑中被广泛应用，笔记本中的热管，热端置于CPU上方的散热片上，三根8字型的细小“热管”就是散热器的主体，带走热量的速度快、噪音低。最近“热管”也开始走入台式电脑中，受到欢迎。
在外科医生的手里，“热管”摇身一变，又变成一把神奇的手术刀：把“热管”的一端插在温度极低的液态氦瓶里，另一端接在手术刀上，手术刀马上变得极冷，医生利用这把超低温的手术刀做手术，效果很好。
美好的远景
在2005年11月在上海召开的代表热管最高水平的国际会议——第13届国际热管会议上，来自24个国家和地区的170多名代表围绕热管的7个研究方向，从基础理论、实验技术、先进材料与制造技术、空间应用、工业应用、微电子的冷却及热管的发展展望等方面进行了广泛的交流。人们也从中领略到了热管给航天器带来的重大影响和与人们的生活休戚相关的种种鲜为人知的神奇。
随着对“热管”的进一步研究，导热冠军——“热管”的用途还会更加广泛地进入我们的日常生活呢！
（陈昌喜荐自2006年7月9日《今晚报》）
责编：叶万军 插图：陈罡