El tubo de calor es un tipo de elemento de transferencia de calor, que aprovecha al máximo el principio de conducción de calor y las propiedades de transferencia de calor rápida del medio de enfriamiento. conductividad térmica.
En 1963, la tecnología de tubos de calor fue inventada por George Grover del Laboratorio Nacional de Los Álamos.
El tubo de calor es un tipo de elemento de transferencia de calor, que aprovecha al máximo el principio de conducción de calor y las propiedades de rápida transferencia de calor del medio de enfriamiento. conductividad térmica.
La tecnología de tubos de calor se ha utilizado anteriormente en la industria aeroespacial, militar y otras industrias. Desde que se introdujo en la industria de fabricación de radiadores, la gente ha cambiado la forma de diseñar los radiadores tradicionales y se ha deshecho del modo tradicional de disipación de calor que depende únicamente de ventiladores de gran volumen para obtener una mejor disipación de calor.
En su lugar, adopta un nuevo modo de enfriamiento con tecnología de tubo de calor y ventilador de baja velocidad y bajo volumen de aire.
La tecnología de tubos de calor ha brindado una oportunidad a la era tranquila de las computadoras y se ha utilizado ampliamente en otros campos de la electrónica.
¿Cómo funcionan los heatpipes?
El principio de funcionamiento del tubo de calor es: siempre que hay una diferencia de temperatura, inevitablemente se producirá el fenómeno de transferencia de calor de la temperatura alta a la temperatura baja. El tubo de calor utiliza enfriamiento por evaporación, de modo que la diferencia de temperatura entre los dos extremos del tubo de calor es muy grande, de modo que el calor se conduce rápidamente. El calor de la fuente de calor externa aumenta la temperatura del medio de trabajo líquido a través de la conducción de calor de la pared del tubo de la sección de evaporación y el núcleo absorbente de líquido lleno con el medio de trabajo; la temperatura del líquido aumenta y la superficie del líquido se evapora hasta alcanzar la presión de vapor saturado. manera de pasar al vapor. El vapor fluye hacia el otro extremo bajo una pequeña diferencia de presión, libera calor y se condensa nuevamente en líquido, y el líquido regresa a la sección de evaporación a lo largo del material poroso por fuerza capilar. Este ciclo es rápido y el calor puede evacuarse continuamente.
Características técnicas del tubo de calor
·Efecto de conducción de calor de alta velocidad. Peso ligero y estructura sencilla
·Distribución uniforme de la temperatura, se puede utilizar para temperatura uniforme o acción isotérmica.·Gran capacidad de transferencia de calor. Larga distancia de transferencia de calor.
·No hay componentes activos y no consume energía.
·No hay restricción en la dirección de transferencia de calor, el extremo de evaporación y el extremo de condensación se pueden intercambiar. ·Fácil de procesar para cambiar la dirección de transferencia de calor.
Durable, de larga duración, confiable, fácil de almacenar y conservar. ¿Por qué la tecnología de tubos de calor tiene un rendimiento tan alto? Tenemos que mirar este problema desde un punto de vista termodinámico.
La absorción y liberación de calor de los objetos son relativas, y siempre que haya una diferencia de temperatura, inevitablemente se producirá el fenómeno de transferencia de calor de alta temperatura a baja temperatura.
Hay tres formas de transferencia de calor: radiación, convección y conducción, entre las cuales la conducción de calor es la más rápida.
El tubo de calor utiliza enfriamiento por evaporación para hacer que la diferencia de temperatura entre los dos extremos del tubo de calor sea muy grande, de modo que el calor pueda conducirse rápidamente.
Un tubo de calor típico consta de una carcasa de tubo, una mecha y una tapa de extremo.
El método de producción consiste en bombear el interior del tubo a una presión negativa de 1,3×(10-1~10-4)Pa y luego llenarlo con una cantidad adecuada de líquido de trabajo, de modo que el capilar El material poroso del núcleo de absorción de líquido cerca de la pared interior del tubo se llena con líquido y luego se sella.
El punto de ebullición del líquido disminuye bajo presión negativa y es fácil de volatilizar. La pared del tubo tiene una mecha absorbente de líquidos, que está compuesta de materiales porosos capilares.
Material de tubería de calor y fluido de trabajo común
Un extremo del tubo de calor es el extremo de evaporación y el otro extremo es el extremo de condensación.
Cuando se calienta una sección del tubo de calor, el líquido en el capilar se evapora rápidamente y el vapor fluye hacia el otro extremo bajo una pequeña diferencia de presión, libera calor y se condensa nuevamente en líquido.
El líquido regresa a la sección de evaporación a lo largo del material poroso mediante fuerza capilar y el ciclo es interminable. El calor se transfiere de un extremo del tubo de calor al otro extremo. Este ciclo se lleva a cabo rápidamente y el calor se puede conducir de forma continua.
Seis procesos asociados de transferencia de calor en tubos de calor
1. El calor se transfiere desde la fuente de calor a la interfaz (líquido-vapor) a través de la pared del tubo de calor y la mecha llena de líquido de trabajo;
2. El líquido se evapora en la interfaz (líquido-vapor) en la sección de evaporación, y 3. El vapor en la cámara de vapor fluye desde la sección de evaporación a la sección de condensación;
4. El vapor se condensa en la interfaz vapor-líquido en la sección de condensación;
5. El calor se transfiere desde la interfaz (vapor-líquido) a la fuente de frío a través de la mecha, el líquido y la pared del tubo;
6. En la mecha, el líquido de trabajo condensado regresa a la sección de evaporación debido a la acción capilar.
Estructura interna del tubo de calor
La capa porosa en la pared interior del heatpipe tiene muchas formas, las más comunes son: sinterización de polvo metálico, ranura, malla metálica, etc.
1.Estructura de escoria caliente
Literalmente, la estructura interna de este heatpipe es como briquetas carbonizadas o escoria caliente.
En la pared interior aparentemente rugosa, hay todo tipo de pequeños agujeros, son como capilares en el cuerpo humano, el líquido en el tubo de calor se desplazará en estos pequeños agujeros, formando una fuerte fuerza de sifón.
De hecho, el proceso de fabricación de un tubo de calor de este tipo es relativamente complicado. El polvo de cobre se calienta a una temperatura determinada. Antes de que se derrita por completo, el borde de la frente de las partículas de polvo de cobre primero se derretirá y se adherirá al polvo de cobre circundante, formando así lo que ve ahora. a la estructura hueca.
Por la imagen, podrías pensar que es muy suave, pero en realidad, esta escoria caliente no es ni suave ni suelta, pero sí muy fuerte.
Por ser una sustancia calentada por polvo de cobre a alta temperatura, una vez que se enfrían, restauran la textura dura original del metal.
Además, desde el punto de vista de fabricación, el coste de fabricación del heatpipe con este proceso y estructura es relativamente alto.
2. Estructura de ranura
La estructura interna de este heatpipe está diseñada como zanjas paralelas.
También actúa como capilares y el líquido que regresa se conduce rápidamente en el tubo de calor a través de estas ranuras.
Sin embargo, según la precisión y finura de la ranura, según el nivel del proceso y la dirección de la ranura, etc., tendrá un gran impacto en la disipación de calor del tubo de calor.
Desde la perspectiva del coste de producción, la fabricación de este heatpipe es relativamente sencilla, más fácil de fabricar y relativamente económica.
Sin embargo, la tecnología de procesamiento de la ranura del tubo de calor es más exigente. En términos generales, el mejor diseño es seguir la dirección del retorno del líquido, por lo que, en teoría, la eficiencia de disipación de calor no es tan alta como la del primero.
3. Múltiples mallas metálicas
Cada vez más radiadores de tubo de calor comunes utilizan este diseño de malla multimetálica. En la imagen, se puede ver fácilmente que el material floculante dentro del tubo de calor es como un sombrero de paja roto.
- Generalmente, el interior de este heatpipe es una tela metálica hecha de alambres de cobre. Hay muchos espacios entre los pequeños cables de cobre, pero la estructura de la tela no permitirá que la tela se disloque y bloquee el tubo de calor.
Desde la perspectiva del coste, la estructura interna de este heatpipe es relativamente sencilla y también es más sencilla de fabricar.
Solo se necesita un tubo de cobre común y corriente para rellenar estos tejidos de malla multimetálica. En teoría, el efecto de disipación de calor no es tan bueno como los dos anteriores.
