一、從高壓鍋說起熱管
生活常識告訴我們，假如高壓鍋里面沒有水，下面馬上燒紅而上面并不燙手，可見沒有水的高壓鍋熱傳導(dǎo)很慢。
如果高壓鍋放入少量的水，下面不會燒紅，水一沸騰上面就很燙手，熱傳導(dǎo)很快。究其原因，是因為沸騰的水在這個過程中快速傳遞熱量。從理論上來說，沸騰的水在高壓鍋里發(fā)生了相變過程：水加熱沸騰，由水變?yōu)檎羝斟伒状罅繜崃?；蒸汽迅速上升，接觸到溫度稍微低一點的鍋面，蒸汽冷凝成水釋放大量熱量，并在重力的作用下回流到鍋里面。
我們知道物質(zhì)有三種狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)，對應(yīng)這三種狀態(tài)存在三種相：固相、液相、氣相。所謂相那就是當(dāng)物質(zhì)系統(tǒng)中物理、化學(xué)性質(zhì)完全相同，與其他部分具有明顯分界面的均勻部分稱為相。當(dāng)物體由一種相態(tài)(固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài))至另一種相態(tài)的轉(zhuǎn)變，其間物理特性和分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化。當(dāng)液相變?yōu)闅庀?，吸收大量熱量；?dāng)氣相變?yōu)橐合?，釋放大量熱量?/font>
沒有水的高壓鍋沒有相變，熱傳導(dǎo)僅僅是金屬的熱傳導(dǎo)，鍋底鍋蓋上下溫差大，傳熱響應(yīng)慢，等溫性差。
有水的高壓鍋除了原來金屬的熱傳導(dǎo)方式外，還增加了一種水沸騰相變傳導(dǎo)熱量方式，水變?yōu)槠?，汽變成水，前者吸收鍋底大量熱量，后者將大量熱量釋放到鍋蓋。這種相變熱傳導(dǎo)方式，就是熱管傳導(dǎo)方式，使得高壓鍋上下溫差小，傳熱響應(yīng)快，等溫性好。
由此可見，熱管就是一個在密封的金屬體放入少量液態(tài)工質(zhì)，一旦液態(tài)加熱沸騰，發(fā)生氣態(tài)相變，迅速傳導(dǎo)熱量。
有水的高壓鍋就相當(dāng)于一個熱管，并且還是一個重力熱管，因為水大部分是靠重力回流到鍋底的。這種相當(dāng)于熱管的東西，在生活中很多，其原理簡化為下圖，A是液體，B是汽化過程，液體沸騰，C是氣體在冷端釋放熱量，D是氣體又變成液體并且在重力作用下回流到液體之中。
二、熱管原理
熱管是一種傳熱性極好的人工器件，常用的熱管由三部分組成：主體為一根封閉的金屬管，內(nèi)部有少量工作介質(zhì)（液體）和毛細(xì)結(jié)構(gòu)，管內(nèi)的空氣及其他雜物必須排除在外。
也就是說，典型熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成。熱管內(nèi)部被抽成負(fù)壓狀態(tài)，充入適當(dāng)?shù)囊后w，這種液體沸點低，容易揮發(fā)。管壁有吸液芯，其由毛細(xì)多孔材料構(gòu)成。熱管一端為蒸發(fā)段（簡稱熱端），另外一端為冷凝段（簡稱冷端），當(dāng)熱管蒸發(fā)段受熱時，毛細(xì)管中的液體迅速蒸發(fā)，蒸氣在微小的壓力差下流向另外一端，并且釋放出熱量，重新凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細(xì)力的作用或重力回流到蒸發(fā)段，如此循環(huán)不止，熱量由熱管一端傳至另外一端。這種循環(huán)是快速進(jìn)行的，熱量可以被源源不斷地傳導(dǎo)開來。
物體的吸熱、放熱是相對的，凡是有溫度差存在的時候，就必然出現(xiàn)熱從高溫處向低溫處傳遞的現(xiàn)象。熱傳遞有三種方式：輻射、對流、傳導(dǎo)，其中熱傳導(dǎo)最快。熱管就是利用蒸發(fā)制冷，使得熱管兩端溫度差很大，使熱量快速傳導(dǎo)。
詳細(xì)熱管原理，熱管在實現(xiàn)這一熱量轉(zhuǎn)移的過程中，包含了以下六個相互關(guān)聯(lián)的主要過程：
(1)熱量從熱源通過熱管管壁和充滿工作液體的吸液芯傳遞到（液－－汽）分界面；
(2)液體在蒸發(fā)段內(nèi)的（液－－汽）分界面上蒸發(fā)；
(3)蒸汽腔內(nèi)的蒸汽從蒸發(fā)段流到冷凝段；
(4)蒸汽在冷凝段內(nèi)的汽－－液分界面上凝結(jié)；
(5)熱量從（汽－－液）分界面通過吸液芯、液體和管壁傳給冷源；
(6)在吸液芯內(nèi)由于毛細(xì)作用使冷凝后的工作液體回流到蒸發(fā)段。
熱管工作時利用了三種物理學(xué)原理：
⑴在真空狀態(tài)下，液體的沸點降低；
⑵同種物質(zhì)的汽化潛熱比顯熱高的多；
⑶多孔毛細(xì)結(jié)構(gòu)對液體的抽吸力可使液體流動。
三、熱管的基本特性
熱管是依靠自身內(nèi)部工作液體相變來實現(xiàn)傳熱的傳熱元件，具有以下基本特性。
（1）很高的導(dǎo)熱性
熱管內(nèi)部主要靠工作液體的汽、液相變傳熱，熱阻很小，因此具有很高的導(dǎo)熱能力。與銀、銅、鋁等金屬相比，單位重量的熱管可多傳遞幾個數(shù)量級的熱量。當(dāng)然，高導(dǎo)熱性也是相對而言的，溫差總是存在的，可能違反熱力學(xué)第二定律，并且熱管的傳熱能力受到各種因素的限制，存在著一些傳熱極限；熱管的軸向?qū)嵝院軓?，徑向并無太大的改善(徑向熱管除外)。
（2）優(yōu)良的等溫性
熱管內(nèi)腔的蒸汽處于飽和狀態(tài)，飽和蒸汽的壓力決定于飽和溫度，飽和蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段所產(chǎn)生的壓降很小，根據(jù)熱力學(xué)中的方程式可知，溫降亦很小，因而熱管具有優(yōu)良的等溫性。
（3）熱流密度可變性
熱管可以獨立改變蒸發(fā)段或冷卻段的加熱面積，即以較小的加熱面積輸入熱量，而以較大的冷卻面積輸出熱量，或者熱管可以較大的傳熱面積輸入熱量，而以較小的冷卻面積輸出熱量，這樣即可以改變熱流密度，解決一些其他方法難以解決的傳熱難題。
（4）熱流方向可逆性
一根水平放置的有芯熱管，由于其內(nèi)部循環(huán)動力是毛細(xì)力，因此任意一端受熱就可作為蒸發(fā)段，而另一端向外散熱就成為冷凝段。此特點可用于宇宙飛船和人造衛(wèi)星在空間的溫度展平，也可用于先放熱后吸熱的化學(xué)反應(yīng)容器及其他裝置。
（5）熱二極管與熱開關(guān)性能
熱管可做成熱二極管或熱開關(guān)，所謂熱二極管就是只允許熱流向一個方向流動，而不允許向相反的方向流動；熱開關(guān)則是當(dāng)熱源溫度高于某一溫度時，熱管開始工作，當(dāng)熱源溫度低于這一溫度時，熱管就不傳熱。
（6）恒溫特性(可控?zé)峁?/span>)
普通熱管的各部分熱阻基本上不隨加熱量的變化而變，因此當(dāng)加熱量變化時，熱管各部分的溫度亦隨之變化。近年來出現(xiàn)了另一種新型熱管——可變導(dǎo)熱管，使得冷凝段的熱阻隨加熱量的增加而降低、隨加熱量的減少而增加，這樣可使熱管在加熱量大幅度變化的情況下，蒸汽溫度變化極小，實現(xiàn)溫度的控制，這就是熱管的恒溫特性。
（7）環(huán)境的適應(yīng)性
熱管的形狀可隨熱源和冷源的條件而變化，熱管可做成電機的轉(zhuǎn)軸、燃?xì)廨啓C的葉片、鉆頭、手術(shù)刀等等，熱管也可做成分離式的，以適應(yīng)長距離或沖熱流體不能混合的情況下的換熱；熱管既可以用于地面(重力場)，也可用于空間(無重力場)。
