換熱器熱管性能翻倍：5大毛細(xì)結(jié)構(gòu)如何平衡毛細(xì)力與滲透率？
前言
作為換熱器核心組件，熱管與均溫板的高效傳熱能力源于內(nèi)部毛細(xì)結(jié)構(gòu)的精密設(shè)計(jì)。毛細(xì)芯通過多孔結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)冷凝液回流并加速工質(zhì)蒸發(fā)，其性能由毛細(xì)力與滲透率的動(dòng)態(tài)平衡決定——孔徑大小直接影響驅(qū)動(dòng)力與流動(dòng)阻力的此消彼長(zhǎng)。文章將深度解析五大主流毛細(xì)結(jié)構(gòu)：溝槽型、粉末燒結(jié)型、絲網(wǎng)燒結(jié)型、復(fù)合型以及仿生型。
在熱管理領(lǐng)域的技術(shù)深耕中，沈氏科技以創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)，專注于換熱器設(shè)計(jì)自主研發(fā)，致力于為航空航天、綠色能源等高熱流密度場(chǎng)景提供高效、可靠的低碳熱管理解決方案。
正文
熱管和均熱板應(yīng)該是比較常見的兩種傳熱均溫手段。為什么它們的等效熱導(dǎo)率如此高？誠(chéng)然，是因?yàn)閮?nèi)部的工質(zhì)（水、乙醇
、氟化液等）發(fā)生了相變，潛熱要遠(yuǎn)比顯熱高得多
。
另一方面，在應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜的工況下，冷凝液能及時(shí)回流至蒸發(fā)端而不至干涸也是非常重要的一點(diǎn)
，起到這個(gè)重要作用的就是內(nèi)部的毛細(xì)結(jié)構(gòu)
。在整個(gè)傳熱過程中
，毛細(xì)芯一方面為冷凝液體工質(zhì)的回流提供動(dòng)力和通道
，另一方面蒸發(fā)端毛細(xì)芯的多孔結(jié)構(gòu)能夠加速蒸發(fā)端液體工質(zhì)的蒸發(fā)和沸騰。毛細(xì)芯的毛細(xì)性能通常采用毛細(xì)力（Ccapillary force）和滲透率（permeability）來進(jìn)行評(píng)價(jià)
。
一般情況下，當(dāng)毛細(xì)芯孔隙率一定時(shí)
，孔徑越大
，毛細(xì)芯滲透率越大
，液體工質(zhì)的回流阻力減小
，但此時(shí)毛細(xì)力變小，液體工質(zhì)回流的驅(qū)動(dòng)力減?div id="jfovm50" class="index-wrap">。环粗?div id="jfovm50" class="index-wrap">，孔徑減小
，毛細(xì)力增大，但滲透率減小，液體工質(zhì)的回流阻力變大。因此，平衡好毛細(xì)力和滲透率這對(duì)矛盾變量之間的關(guān)系，是提高熱管和均熱板傳熱性能的關(guān)鍵。
經(jīng)過多年的研究，科研人員嘗試采用不同的制造方式來制備毛細(xì)芯，發(fā)展出了一系列不同的毛細(xì)芯結(jié)構(gòu) 
，其中常見的有：溝槽型毛細(xì)芯（Groove）、粉末燒結(jié)型毛細(xì)芯（Powder）
、絲網(wǎng)燒結(jié)型毛細(xì)芯（Mesh）
、復(fù)合型毛細(xì)芯（Composite）以及仿生型毛細(xì)芯（Bionic structure）等
。
1
、溝槽型毛細(xì)芯（Groove）
通常是在熱管或均熱板的內(nèi)壁通過機(jī)械加工（如銑削、車削等）或化學(xué)蝕刻等方法形成具有一定形狀和尺寸的溝槽
。優(yōu)勢(shì)在于溝槽結(jié)構(gòu)液體回流阻力小
，工質(zhì)循環(huán)快
。且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
，易于加工制造，成本相對(duì)較低
。
但毛細(xì)力相對(duì)較弱，抗重力能力太差
，限制了其在一些高要求場(chǎng)合的應(yīng)用
。所以，為了提高溝槽型毛細(xì)芯均溫板的傳熱性能，通常采用在溝槽上燒結(jié)粉末的方法來獲得更大的毛細(xì)力
，也就形成了后面提到的復(fù)合型毛細(xì)芯
。
2、粉末燒結(jié)型毛細(xì)芯（Powder）
粉末燒結(jié)型毛細(xì)芯是目前應(yīng)用最廣泛的熱管毛細(xì)芯材料
，它是將金屬或陶瓷粉末均勻地鋪設(shè)在熱管或均熱板的內(nèi)壁，然后通過高溫?zé)Y(jié)工藝使粉末顆粒相互粘結(jié)形成具有一定孔隙結(jié)構(gòu)的毛細(xì)芯
。
這種毛細(xì)結(jié)構(gòu)可根據(jù)需要調(diào)整孔隙大小和分布，以適應(yīng)不同的工作條件
，具有毛細(xì)力大
，抗重力性能好的特點(diǎn)，但其孔隙率一般較低
，滲透率較低，工質(zhì)回流阻力大
。
3
、絲網(wǎng)燒結(jié)型毛細(xì)芯（Mesh）
先將金屬絲網(wǎng)裁剪成合適的尺寸和形狀
，然后將其放置在熱管或均熱板的內(nèi)壁
，通過燒結(jié)工藝使絲網(wǎng)與管壁以及絲網(wǎng)自身的網(wǎng)孔相互粘結(jié)固定 
。
絲網(wǎng)燒結(jié)型毛細(xì)芯主要通過網(wǎng)絲之間的間隙來提供毛細(xì)力
，所以絲網(wǎng)燒結(jié)型毛細(xì)芯的毛細(xì)力大小主要由網(wǎng)絲的直徑和網(wǎng)絲之間的間距決定
。
絲網(wǎng)以目數(shù)為指標(biāo)進(jìn)行區(qū)分
，目數(shù)是指每平方英寸篩網(wǎng)上的孔眼數(shù)目
，目數(shù)越高，孔眼越多
，表示能夠通過篩網(wǎng)的粒子的粒徑越小。在中國(guó)
，目數(shù)通常以每厘米長(zhǎng)度內(nèi)的目孔數(shù)表示 
，而國(guó)際上則用每英寸內(nèi)的目孔數(shù)表示。
相較于粉末燒結(jié)形成的多孔結(jié)構(gòu)型毛細(xì)芯
，絲網(wǎng)燒結(jié)型毛細(xì)芯中液體工質(zhì)的回流阻力更小，因此絲網(wǎng)燒結(jié)型毛細(xì)芯通常被用于提升均溫板內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)的滲透率
。
4
、復(fù)合型毛細(xì)芯（Composite）
通過調(diào)整不同毛細(xì)結(jié)構(gòu)的比例和分布
，得到一系列復(fù)合型毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)
，比如槽道毛細(xì)芯與燒結(jié)粉末毛細(xì)芯進(jìn)行組合、槽道毛細(xì)芯與燒結(jié)絲網(wǎng)毛細(xì)芯進(jìn)行組合等 
，以適應(yīng)不同的工作條件和散熱要求
。
制作過程需要分別完成不同毛細(xì)結(jié)構(gòu)的制作，然后通過特定的工藝將它們結(jié)合在一起。受傳統(tǒng)加工工藝的成形限制，復(fù)合毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)的加工難度很大，加工工序繁多、加工周期長(zhǎng)，這極大影響了復(fù)合型毛細(xì)芯的優(yōu)化設(shè)計(jì)和在均溫板中的運(yùn)用
。
5、仿生型毛細(xì)芯（Bionic structure）
通常是通過模擬自然界中具有高效液體傳輸能力的生物結(jié)構(gòu)（如植物的葉脈
、昆蟲的微通道等），采用微納加工技術(shù)或特殊的材料制備方法來制造毛細(xì)芯
。例如
，利用光刻、蝕刻等微納加工工藝在材料表面制造出類似葉脈的微通道結(jié)構(gòu)
。目前技術(shù)尚處于發(fā)展階段
，大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用存在一定的技術(shù)瓶頸。
綜上
，性能良好的毛細(xì)芯應(yīng)具有足夠的毛細(xì)力使得熱管可以完成工質(zhì)回流循環(huán)
，同時(shí)具有較大的滲透率使得回流的工質(zhì)量達(dá)到傳熱的需求。此外
，毛細(xì)芯應(yīng)具有良好的工藝性、可靠性及較低的成本
。
文章資料來源：大米的老爹
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