換熱器熱管性能翻倍：5大毛細結構如何平衡毛細力與滲透率？
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部毛細結構的精密設計。毛細芯通過多孔結構驅動冷凝液回流并加速工質蒸發，其性能由毛細力與滲透率的動態平衡決定——孔徑大小直接影響驅動力與流動阻力的此消彼長。文章將深度解析五大主流毛細結構：溝槽型、粉末燒結型、絲網燒結型、復合型以及仿生型。
在熱管理領域的技術深耕中，沈氏科技以創新為驅動，專注于換熱器設計自主研發，致力于為航空航天、綠色能源等高熱流密度場景提供高效、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率如此高？誠然，是因為內部的工質（水、乙醇、氟化液等）發生了相變，潛熱要遠比顯熱高得多。
另一方面，在應用環境復雜的工況下，冷凝液能及時回流至蒸發端而不至干涸也是非常重要的一點，起到這個重要作用的就是內部的毛細結構。在整個傳熱過程中，毛細芯一方面為冷凝液體工質的回流提供動力和通道，另一方面蒸發端毛細芯的多孔結構能夠加速蒸發端液體工質的蒸發和沸騰。毛細芯的毛細性能通常采用毛細力（Ccapillary force）和滲透率（permeability）來進行評價。
一般情況下，當毛細芯孔隙率一定時，孔徑越大，毛細芯滲透率越大，液體工質的回流阻力減小，但此時毛細力變小，液體工質回流的驅動力減小；反之，孔徑減小，毛細力增大，但滲透率減小，液體工質的回流阻力變大。因此，平衡好毛細力和滲透率這對矛盾變量之間的關系，是提高熱管和均熱板傳熱性能的關鍵。
經過多年的研究，科研人員嘗試采用不同的制造方式來制備毛細芯，發展出了一系列不同的毛細芯結構，其中常見的有：溝槽型毛細芯（Groove）、粉末燒結型毛細芯（Powder）、絲網燒結型毛細芯（Mesh）、復合型毛細芯（Composite）以及仿生型毛細芯（Bionic structure）等。
1、溝槽型毛細芯（Groove）
通常是在熱管或均熱板的內壁通過機械加工（如銑削、車削等）或化學蝕刻等方法形成具有一定形狀和尺寸的溝槽。優勢在于溝槽結構液體回流阻力小，工質循環快。且結構簡單，易于加工制造，成本相對較低。
但毛細力相對較弱，抗重力能力太差，限制了其在一些高要求場合的應用。所以，為了提高溝槽型毛細芯均溫板的傳熱性能，通常采用在溝槽上燒結粉末的方法來獲得更大的毛細力，也就形成了后面提到的復合型毛細芯。
2、粉末燒結型毛細芯（Powder）
粉末燒結型毛細芯是目前應用最廣泛的熱管毛細芯材料，它是將金屬或陶瓷粉末均勻地鋪設在熱管或均熱板的內壁，然后通過高溫燒結工藝使粉末顆粒相互粘結形成具有一定孔隙結構的毛細芯。
這種毛細結構可根據需要調整孔隙大小和分布，以適應不同的工作條件，具有毛細力大，抗重力性能好的特點，但其孔隙率一般較低，滲透率較低，工質回流阻力大。
3、絲網燒結型毛細芯（Mesh）
先將金屬絲網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壁，通過燒結工藝使絲網與管壁以及絲網自身的網孔相互粘結固定。
絲網燒結型毛細芯主要通過網絲之間的間隙來提供毛細力，所以絲網燒結型毛細芯的毛細力大小主要由網絲的直徑和網絲之間的間距決定。
絲網以目數為指標進行區分，目數是指每平方英寸篩網上的孔眼數目，目數越高，孔眼越多，表示能夠通過篩網的粒子的粒徑越小。在中國，目數通常以每厘米長度內的目孔數表示，而國際上則用每英寸內的目孔數表示。
相較于粉末燒結形成的多孔結構型毛細芯，絲網燒結型毛細芯中液體工質的回流阻力更小，因此絲網燒結型毛細芯通常被用于提升均溫板內工質流動的滲透率。
4、復合型毛細芯（Composite）
通過調整不同毛細結構的比例和分布，得到一系列復合型毛細芯結構，比如槽道毛細芯與燒結粉末毛細芯進行組合、槽道毛細芯與燒結絲網毛細芯進行組合等，以適應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結構的制作，然后通過特定的工藝將它們結合在一起。受傳統加工工藝的成形限制，復合毛細芯結構的加工難度很大，加工工序繁多、加工周期長，這極大影響了復合型毛細芯的優化設計和在均溫板中的運用。
5、仿生型毛細芯（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構（如植物的葉脈、昆蟲的微通道等），采用微納加工技術或特殊的材料制備方法來制造毛細芯。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構。目前技術尚處于發展階段，大規模生產和應用存在一定的技術瓶頸。
綜上，性能良好的毛細芯應具有足夠的毛細力使得熱管可以完成工質回流循環，同時具有較大的滲透率使得回流的工質量達到傳熱的需求。此外，毛細芯應具有良好的工藝性、可靠性及較低的成本。
文章資料來源：大米的老爹
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