【正文】 r Chamber)。 等人以其公司開發(fā)之ThermaBase TM 來解決電子散熱，以更佳之二維傳導來克服半導體上的熱點(hot spot)，達到微處理器上的均溫性。圖1. 3 司樂高科技Therma Base TM 熱板而在臺灣方面，早在1970 年代就有熱管的研究，當時主要以成功大學及大同工學院(今大同大學)為主，到1980 年末期才陸續(xù)有各大學加入研究的工作。90 年代起熱管開始逐漸應(yīng)用在計算機工業(yè)上，早期主要是應(yīng)用于高階筆記型計算機的散熱，當時主要的供應(yīng)廠商只有美日兩國，例如日本古河電工(Furukawa)、藤倉(Fujikura)以及美國的司熱高科技(Thermacore)等等。我國的工業(yè)技術(shù)研究院 (ITRI，Industrial Technology ResearchInstitute) 在1980 年末期也由其能資所展開一系列的研究與開發(fā)，并經(jīng)由經(jīng)濟部主導性開發(fā)計劃利用產(chǎn)官學分工合作，將熱管研發(fā)及制造技術(shù)轉(zhuǎn)移至相關(guān)散熱模塊廠商，亦使得臺灣成為當今全球IT 市場中電子散熱產(chǎn)業(yè)的重鎮(zhèn)。現(xiàn)今如業(yè)強科技(. Tech.)、奇鋐科技(AVC)、超眾科技(CCI)及鴻準精密(Foxconn Tech.) 等等，均為業(yè)界自有生產(chǎn)熱管之大廠，也使得熱管的應(yīng)用發(fā)揮到極致。熱管為藉由溫差來快速傳遞熱能的裝置，它是一種傳熱的介質(zhì)，亦可稱之為熱的超導體。主要特性就是不需任何外加能量就可以傳熱的被動組件。第二章熱管的結(jié)構(gòu)與功能熱管由三項元素所構(gòu)成，管體、毛細組織及工作流體。散熱的基本條件就是要能提供足夠的熱傳量，所以能夠有效的導熱并降低熱阻就成為首要的課題。素材選用需有熱阻小及厚度薄兩大特點，管素材之熱阻越小，越能減少容器內(nèi)壁及外壁之溫度差；而厚度則是取決熱管是否好加工的重要關(guān)鍵。一般來說，熱管的素材有銅、鋁、不銹鋼、陶瓷等等，其特性見表20?？紤]管壁兩端焊接時的氣密性與加工性，銅的延展性在制造上亦有助于保持熱管內(nèi)部的低壓狀態(tài)。素材20℃之性質(zhì)比重ρ(㎏/m179。)比熱C P(kJ/kg℃)熱傳導係數(shù)k(W/m℃)鋁2707204銅8954386不銹鋼(C%)783354陶瓷1000毛細組織主要在熱管內(nèi)扮演角色就是做為工作液體冷凝后返回蒸氣區(qū)的通道，所以其好壞會直接影響傳熱的效應(yīng)。基本上毛細作用即是利用液體與氣體及固體接口間的表面張力作用使液體流動的現(xiàn)象。毛細力對于工作流體的影響如圖 所示，將一細管插入液體中，在管璧與液體中會有表面張力的存在，造成管內(nèi)液面高度高于管外液面高度，此即為毛細作用。在圖中可見管內(nèi)與管外有一高度差i Z ，此高度差會造成一壓差，壓差與重力的關(guān)系可由21 式表述。PlPv=(ρlρv)gZi (21)圖2. 1毛細現(xiàn)象 (Peterson 1994)液體壓力(Pl )與氣體壓力(Pv )的差會與表面張力( σ)達到力平衡。θ接觸角重新整理31/ 32 式可得由此可之液面高度差與管子半徑成反比。也就是說，管子越細毛細作用越顯著。另外表面張力之表示如圖 ，其中分子之間的作用力即為方程式32 中之表面張力(σ)。圖2. 2 表面張力 (Peterson 1994)【13】網(wǎng)格的滲透率K(permeability)為一量測液體流經(jīng)毛細組織難易程度的參數(shù)。K 值越大，表示液體越容易通過毛細組織，反之則愈不容易通過。K 值的關(guān)系式如 34 所示 （34）由上述方程式可知，要使熱管能夠達到最大的熱通量，工作液體與毛細構(gòu)造的接觸角要盡量變?。涣硗庑枳⒁獾木褪怯行О霃叫∫嗄芴峁┹^高的毛細壓差，換句話說毛細結(jié)構(gòu)越小，理論上毛細現(xiàn)象會越好。此外由方程式34 可知要提升熱管的效益，毛細結(jié)構(gòu)須具有較好的滲透率，也就是說對于工作液體流動時所產(chǎn)生的阻力要越小越好。但是毛細半徑的大小又與滲透率成正比。所以如何尋求這兩者間的最佳化搭配就是一個重要的課題。工作液體選用工作液體為熱管傳輸能量之主要介質(zhì)，選用時須具備下列特性：1. 高表面張力2. 高密度與潛熱3. 低黏度4. 管殼與毛細結(jié)構(gòu)之化學兼容性5. 成本與經(jīng)濟性因為傳熱方式主要是藉工作液體之相變化來傳輸熱量，所以其選擇需視使用場合之操作溫度而定，選擇沸點在操作溫度附近的工作液體才能有效地在熱管內(nèi)部進行蒸發(fā)與凝結(jié)的循環(huán)作用。 簡述一般常見之熱管工作流體。本文實驗所選擇的工作液體為超純水 (導電度=) 來進行實驗。工作液體凝結(jié)溫度(℃ at 1 atm)沸騰溫度(℃ at 1 atm)工作溫度(℃ at 1 atm)適用金屬Freon – 113(CCl2CCl F2)350100鋁/銅乙醇Acetone (C3H6O)0120鋁/銅/不銹鋼甲醇Methanol(CH4O)10130銅/不銹鋼水Water(H2O)010030250銅/不銹鋼表2. 3 常用熱管之工作流體物理特性表熱管工作原理“熱管”的傳熱元件，它充分利用了熱傳導原理與致冷介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，透過熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導熱能力超過任何已知金屬的導熱能力。熱管技術(shù)以前被廣泛應(yīng)用在宇航、軍工等行業(yè)，自從被引入散熱器制造行業(yè)，使得人們改變了傳統(tǒng)散熱器的設(shè)計思路，擺脫了單純依靠高風量電機來獲得更好散熱效果的單一散熱模式，采用熱管技術(shù)使得散熱器即便采用低轉(zhuǎn)速、低風量電機，同樣可以得到滿意效果，使得困擾風冷散熱的噪音問題得到良好解決，開辟了散熱行業(yè)新天地。從熱力學的角度看，為什么熱管會擁有如此良好的導熱能力呢？物體的吸熱、放熱是相對的，凡是有溫度差存在的時候，就必然出現(xiàn)熱從高溫處向低溫處傳遞的現(xiàn)象。從熱傳遞的三種方式：輻射、對流、傳導，其中熱傳導最快。熱管就是利用蒸發(fā)制冷，使得熱管兩端溫度差很大，使熱量快速傳導。一般熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成。熱管內(nèi)部是被抽成負壓狀態(tài)，充入適當?shù)囊后w，這種液體沸點低，容易揮發(fā)。管壁有吸液芯，其由毛細多孔材料構(gòu)成。熱管一段為蒸發(fā)端，另外一段為冷凝端，當熱管一段受熱時，毛細管中的液體迅速蒸發(fā)，蒸氣在微小的壓力差下流向另外一端，并且釋放出熱量，重新凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發(fā)段，如此循環(huán)不止，熱量由熱管一端傳至另外一端。這種循環(huán)是快速進行的，熱量可以被源源不斷地傳導開來。 熱管的基本工作典型的熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成，將管內(nèi)抽成1．3(10負1－－－10負4)Pa的負壓后充以適量的工作液體，使緊貼管內(nèi)壁的吸液芯毛細多孔材料中充滿液體后加以密封。管的一端為蒸發(fā)段(加熱段)，另一端為冷凝段(冷卻段)，根據(jù)應(yīng)用需要在兩段中間可布置絕熱段。當熱管的一端受熱時毛紉芯中的液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)不己，熱量由熱管的一端傳至另—端。熱管在實現(xiàn)這一熱量轉(zhuǎn)移的過程中，包含了以下六個相互關(guān)聯(lián)的主要過程：(1)熱量從熱源通過熱管管壁和充滿工作液體的吸液芯傳遞到（液－－－汽）分界面；(2)液體在蒸發(fā)段內(nèi)的（液－－汽）分界面上蒸發(fā)；(3)蒸汽腔內(nèi)的蒸汽從蒸發(fā)段流到冷凝段；(4)蒸汽在冷凝段內(nèi)的汽．液分界面上凝結(jié)：(5)熱量從（汽－－液）分界面通過吸液芯、液體和管