一篇讲透热管：从原理到计算、从仿真到实战（建议收藏）

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211、985硕士，从业16年+

从事结构设计、热设计、售前、产品设计、项目管理等工作，涉足消费电子、新能源、医疗设备、制药信息化、核工业等领域。

熟练运用Flotherm、FloEFD、XT、Icepak、Fluent等ANSYS、西门子系列CAE软件，解决问题与验证方案设计，十多年技术培训经验。

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热管是电子散热领域的“导热利器”，但很多人对其原理一知半解，计算更是无从下手，仿真建模也频频踩坑。

本文为你整理了一份热管知识合集：从毛细力驱动的相变原理，到理论计算公式；从Flotherm中的等效建模技巧，到真实案例实战拆解。一篇讲透，建议收藏，随时查阅。

工作原理

热管是一种密封容器(通常由铜制成)，其中含有少量工作流体，通常是水。

它有三个部分：蒸发部分(此处工作液体变成蒸汽)、绝热部分和冷凝部分(其中蒸汽变成液相)。

为了使该装置正常工作，冷凝液必须及时返回蒸发器。这个功能是由一个必须放置在外壳的墙壁上的芯结构来提供的。

芯使液体通过毛细管作用从冷凝部分返回到蒸发器。

三种最常见的芯结构是：金属烧结粉末芯、槽芯和金属网芯。如果液体没有返回蒸发器，就会出现所谓的"干化”情况，热管停止正常工作。

理论计算

关于热管导热系数的计算公式

K=Q*L/A/δT

举个例子

直径为8mm热管，长度200mm，实测传热量为45W时，两端温差5℃，无效端按照15mm估算。

传热面积为

A=3.14*8*8÷4=50.24mm²

长度L=185mm（扣除无效段）

温差δT=5℃

Q=45W

全部代入公式：K=Q*L/A/δT=33141W/m*K

仿真

还有有效热阻计算方法，我们在直播间也有提过（想线上交流答疑的，可关注B站、视频号、DY：莱歌数字），见下图所示，

Flotherm2021.1汉化版热管设置示意图

一般热管供应商也会给出关于热管的相关参数，关键信息是这根热管的最大解热能力，比如40W，热端到冷端的最大温差2-5℃等信息。

有了以上信息就可以计算出其有效热阻。

以Flotherm为例，热管的参数设置分为有效热阻、最大热流量。

Flotherm2021.1汉化版界面示意图

在仿真时，我们需要知道所选热管的基本特性参数，可以找供应商索取，比如φ6，φ8等直径的热管，打扁后的解热能力、热阻等参数有差异。

供应商会有一个清单告知，不同的厚度，最大热流量、热阻等信息。

有了正确的参数，另外一个比较重要的就是模型。

热管一般是嵌入焊接在散热器的凹槽中，如下图所示。

图片来源于网络

热管与散热器建模

热管与散热器的建模，方法有很多种，大致分为如下，

• 3D软件中建模，导出step等格式模型，用MCAD导入后简化与识别；

• 直接在仿真软件中用其自带的smartpart进行建模，然后布尔运算处理；

• 运用仿真软件的上下层的优先级关系，可以不处理，直接建模（不推荐，尤其是对于新手）

MCAD中模型的双向导通

实战案