典型热管由管壳、吸液芯、端盖和工作介质组成，分为蒸发段、冷凝段，如图2－12所示。管壳通常采用两端封闭的金属管，内壁贴附状吸液芯，在封闭前将管内抽真空并灌入适量的工作介质。工作时，蒸发段工作介质被热管外热源加热并蒸发，蒸气经绝热段（保温段）流向冷凝段并凝结为液体，凝结液借助吸液芯毛细力或重力等作用回流到加热段完成循环过程。为强化热管传热，蒸发段与冷凝段外侧可加装翅片。

图2－12　热管示意图

热管是靠自身内部工作介质想变来实现传热的传热元件，具有以下基本特性：

1）高导热性：液体气液相变传热、热阻很小。

2）优良的等温性：热管内蒸气是处于饱和状态，压降和温降均很小。

3）热流密度可变性：蒸发段冷凝段面积可变，便于改变两端热流密度。

4）热流方向的可逆性：对于水平放置的有芯热管，蒸发段与冷凝段可逆。

5）热二极管性：非水平放置热管热流只能向一个方向流动。

6）热开关性：仅当热源温度高于饱和温度时热管工作，否则热管不传热。

7）环境的适应性：热管的形状可随热源和冷源的条件而变化；热管既可以用于地面（重力场），也可用于空间（无重力场）。

总体上，热管传热量随着温度或温差升高而提高，但由于流体传递性能的限制，热管传热在各个阶段存在极限。图2－13为热管操作温度与最大传热量的关系，工作温度低时最容易出现黏性极限与声速极限，高温时应防止毛细极限及沸腾极限，热管工作点必须在各传热极限包络线的下方。各极限基本性质如下：(www.daowen.com)

图2－13 热管操作温度与最大传热量的关系

1）连续流动极限：对于微型热管或工作温度很低的热管，热管内的蒸气流动可能处于稀薄真空状态，蒸气流具有非连续性，传热能力将受到限制。

2）冷冻起动极限：在冷冻状态起动过程中，蒸气可能在绝热段或冷凝段多次冷冻，耗尽蒸发段来的工作介质，导致蒸发段干涸，热管无法正常起动。

3）黏性极限：在蒸气温度低时，流体黏性高，热管中蒸气流动的黏滞阻力制约了热管最大传热能力。

4）声速极限：当蒸发段出气口气速达到声速时，冷凝段温度降低不能显著提高蒸气速度和传热量，热管工作达到声速极限。

5）携带极限：高流速蒸气能把液体剪切成细滴并把它带到冷凝段，使毛细芯返回蒸发段的液体不足甚至中断，造成蒸发段毛细芯干涸使热管停止工作。

6）毛细极限：热管中气体液体的循环压力降与最大毛细压头达到平衡，如果加大蒸发量和冷凝量则会因毛细压头不足使蒸发段吸液芯的干涸和过热。

7）冷凝极限：热管的最大传热能力可能受到冷凝段冷却能力限制，不凝性气体降低冷凝段的冷却效率。

8）沸腾极限：蒸发段热流密度足够大时，管芯内工作介质沸腾，大量气泡堵塞毛孔减弱毛细抽吸作用，致使凝结液回流量不能满足蒸发要求。

热管的结构设计需考虑如下几个因素［39］：工作介质的选择、吸液芯的结构形式、工作温度、管壳材料的选择和热管的几何尺寸。热管尺寸主要根据散热功率所需的最小面积，结合发热器件的几何尺寸等设计，蒸发段的高度、内外径主要根据发热器件结构尺寸和技术要求确定，而冷凝段的高度、直径和散热片尺寸则根据冷凝端热交换性质计算确定。