1.2 均温板的工作原理

平板热管是一种利用特殊设计的腔体结构来实现热源与热沉之间进行热量传递的热管[2]。平板热管一般主要由外部金属壳体和内部毛细吸液芯结构两部分组成。如图1-1所示，其呈现出一种内部中空的板式腔体结构。平板热管的外壳主要是采用一些导热性能比较好的金属材料制作而成，如铜和铝等。针对某些对散热器件材质有特殊要求的设备，可使用硅或有机玻璃等绝缘材料。平板热管比较重要的一个结构是腔体内表面的毛细吸液芯，既可通过挖出微小槽道来作为毛细结构，也可用金属粉体烧结而成。其工作过程为：热管底部的热源与热管内部接近热源的液体工质依靠导热传递热量，该液体工质受热后蒸发并迅速扩散，到达冷凝端由于温差作用再将热量排出，液体工质液化，接着在毛细结构提供的毛细力作用下又流回热源附近，平板热管内该过程一直循环，来实现对热源的散热。

图1-1 平板热管散热过程

平板热管可分为径向平板热管和轴向平板热管两种[3]，这主要取决于工质在热管内的流动方向和传热机理。径向平板热管如图1-2所示，热量传递方向是垂直于平板热管表面的。热管底部中心区域有一热源，腔内下表面上的液体工质在低真空环境下蒸发吸收热量，热的工质将向上运动，到达冷凝面后液化，携带的热量继续由上表面带走，液体工质则在毛细芯结构的作用下回到底部的蒸发面，由此构成一个循环。这种平板热管在热传递方向上的热阻更小，因而具有更大的热传导率，同时冷却面积也比一般的热管有所增加。图1-1所示的热管也是一种径向平板热管，工业上将这种径向平板热管称为均温板。与径向平板热管相比，轴向平板热管与传统的热管更接近，不过其工作原理跟径向平板热管类似。该热管在水平方向上从左至右依次为蒸发段、绝热段和冷凝段，如图1-3所示，通过腔体内工作流体的相变及蒸汽的流动，将热量从蒸发段送到冷凝段，以此来实现冷却。

图1-2 径向平板热管散热

图1-3 轴向平板热管散热

本课题研究对象是起均温作用的径向平板热管。从结构上来看，均温板的蒸发面与冷凝面分别代替热管的蒸发段与冷凝段，整体呈扁平状，腔体内部沿热流轴向方向的距离相对较小，蒸发面与冷凝面间的距离也较小，一般只有几毫米，而与热流垂直的方向上的尺寸则较大。均温板从外形上来看呈平面板状，其有上下两块紧密结合的板，空腔内有铜柱作支撑，以防止抽真空的过程中其表面结构变形。均温板的上下板会选择导热性较好的金属材质，实现整个循环的液体工质一般选用纯净水，毛细吸液芯结构一般可通过金属粉体烧结、铜网、加工出微小槽道等制成。上下板材质的选择会对均温板的整体散热性能有一定影响。如果上下板的材质定为实心铜板，热量会在垂直于热流和平行于热流这两个方向上一起传导，均热性能的好坏则由热量在这两个方向上的综合传导效果决定。若选用金刚石等超导材料则可大幅度提高导热系数，但选用这类超导材料成本过高，目前很难达到普及和应用。

均温板还很多值得研究的地方。对于蒸汽腔式均温板来说，位于其中间部位的腔体空间普遍很小，由此引发的问题就是工质需要在如此狭小的空间里进行蒸发和冷凝，那么当腔体内部气液态两相工质并存时其运动规律会非常复杂；与常规的圆柱热管相比，均温板的回液主要依靠水平方向上毛细芯的毛细作用力，重力的影响变得细微，蒸汽上升和回液之间的逆向相互作用的效应也变得不是很显著。但在均温板内着毛细力和流动阻力的矛盾仍然存在，若想确保足够的毛细力，就要减小孔径，但这样又会使流动阻力增加，那么流体工质回流的流量也会减小。由此可见，均温板还需要人们花时间和精力去研究。