导热冠军—热管之谜

在茫茫太空中航行的飞行器——人造卫星、宇宙飞船和航天飞机，面向太阳的一侧受到太阳的直接照射，温度很高，背向太阳的那一侧温度却很低。由于太空里几乎没有空气，不可能通过空气来调节温度，因此，飞行器两侧的温度差可以达到 275℃ 。尽管飞行器的材料是经过特殊处理的，但仍然受不了这么大的温度差别，容易变形。这对飞行器来说，是很危险的。为了消除危险，科学家们经过长时间的研究，发明了一种神奇的“热管”换热器。通过热管，可以把面向太阳一侧机身的热能，引到背向太阳一侧的机身，使飞行器两侧的温度差降到44℃以下。如此神奇的热管，它的原理一定很深奥吧？不！实际上它利用的是我们中学课本中讲过的科学原理：液体蒸发时吸热；气体液化时放热。医生给我们打针前，一定要用酒精消毒，涂在皮肤上的酒精很快就会蒸发掉，同时这块皮肤会感到十分凉爽。这是因为，液体蒸发时要从周围的物体吸收热量。我们知道，液体达到沸点以后，如果继续吸收热量，本身温度也不再升高，所吸收的热量会使液体转变成气体。
     比如，1克100℃的水要变成100℃的蒸气，需要吸收539 卡的热量。反过来，气体变为液体时也要放出热量。这就是人们感到100℃的水蒸气要比100℃开水烫的缘故。下面，我们来看看热管的结构。它是一根密封的环形金属管，管壳内衬垫一层多孔材料——吸液芯，里面灌有酒精或别的容易蒸发的液体。抽去管内的空气，使管内没有空气的压力，这样，液体在受热时很容易变成蒸气。当热管一端受热时，吸液芯里的酒精就会蒸发，这端叫做“蒸发端”。酒精在汽化时会吸收大量的热，蒸气沿着热管中间的通道跑到另一端——冷凝端时，会遇冷凝结成酒精，放出同样多的热。冷凝以后的酒精渗进吸液芯里，由于毛细管作用，重又回到蒸发端。只要热管两端温度相差几度，酒精就可以在管内反复循环，将热量迅速地从蒸发端传到冷凝端。热管的导热效率极高，热传导系数比铜和银高1000倍。
     一根25毫米直径的热管（相当于普通自来水管粗细），传热的效果跟直径2.7米的铜棒差不多。热管的体积小，重量轻、结构简单，而且不用配备马达等动力传动设备，因此使用寿命很长。热管的使用范围广泛，在-253℃到 2300℃之间的环境中都可导热，甚至还可以在有毒的恶劣环境中使用。除了在宇宙飞行器中要使用热管外，在工业机械、电子、电机、轻工等领域，热管也有重要作用。例如，现代电动机的转速越来越高，产生的热量也越来越多，如果散热不及时，就有烧毁电动机的危险。普通电动机多用气冷或水冷设备对转子进行冷却，效率低，冷却部件体积大，整个电机显得粗大笨重。利用热管对转子进行冷却，不但效率高，电动机的辅助设备的体积小，使用寿命也延长了。随着对热管的进一步研究，热管的用途还会更加广泛，说不定什么时候会进入人们的日常生活呢。