热管技术经过数十年的发展，已经从最初的标准热管发展出多种先进形式。本文将按照技术演进的脉络，介绍各类热管的特点与应用，展现热管技术从简单到复杂、从一维到多维、从重力依赖到全方位运行的发展历程。
A.
标准热管（Heat Pipes，简称 HP）
均温板（Vapor chambers，简称 VC）
三维蒸汽腔（3DVC）
B.
热虹吸管（Thermosyphon）
环路热虹吸管（Loop Thermosyphon）
C.
振荡 / 脉动热管（Oscillating / Pulsating Heat Pipes）
D.
轴向槽道热管 （Axially Grooved Heat Pipe，简称 AGHP）
E.
可变热导热管（Variable Conductance Heat Pipes，简称 VCHP）
F.
环路热管（Loop Heat Pipes，简称 LHP）
01
标准热管（Heat Pipes，简称 HP）
均温板（Vapor chambers，简称 VC）
三维蒸汽腔（3DVC）
关键特征
· 通常表现为铜水热管
· 内壁有毛细结构
· 具备一定的水平姿态传热能力
· 使用高潜热能力的纯水作为相变循环工质
· 从一维到三维的热扩散能力进阶
图1：1D HP—2D VC—3DVC
HP 是热管技术发展的第一个重要阶段。标准热管是最基础的热管形式，一般采用铜水热管结构，通过内部毛细结构实现工质循环。其原理是液态水在蒸发段内部毛细芯表面吸热蒸发为气态，水蒸气在压力驱动下运行至冷凝段被冷却后放热重新液化，之后通过壁面毛细结构回流至蒸发段，形成循环。
随着电子设备向扁平化发展，均温板应运而生。它本质上是”拍扁”的标准热管，内部构建成二维蒸汽腔，更适合在手机等设备中将热量均匀扩散到更大面积。
三维蒸汽腔(3DVC)则是均温板的进一步升级，通过在垂直方向设计多层蒸汽腔道并建立层间互联，实现了更复杂的三维热传递能力，特别适合高性能计算设备的散热需求，例如NVIDIA-HGX AI 服务器。
02
热虹吸管（Thermosyphon）
环路热虹吸管（Loop Thermosyphon）
关键特征
· 依靠重力驱动工质循环
· 蒸发器必须位于冷凝器下方
· 无需毛细结构
图2：Thermosyphon 运行机理及应用
Thermosyphon 是一种结构简单的热传递装置，其工作原理类似于传统热管，但不同之处在于它完全依赖重力来实现工质的回流。液态工质在底部受热蒸发，气态工质上升到顶部冷凝器，冷凝后的液体在重力作用下自然下落，形成循环。其更多使用 R134a 制冷剂作为工质，提升传热能力的同时控制管壁承压风险。因结构简单、成本低，常见于锅炉、太阳能热水器等领域。
环路 thermosyphon 是热虹吸管的改进版本，通过将蒸汽和液体通道分离，形成独立的环路结构。这种设计可以减少气液两相之间的相互干扰，有利于液相工质回流，提高传热效率，但仍需保持蒸发器在下、冷凝器在上的位置要求。
03
振荡 / 脉动热管
（Oscillating / Pulsating Heat Pipes）
关键特征
· 蛇形盘绕的细管道结构
· 无毛细结构
· 依靠气泡脉动驱动工质运动
· 工作过程具有振荡特性
图3：脉动热管运行原理
振荡热管采用了独特的蛇形管道设计，内部工质在温度差作用下形成分散的液柱和气泡。这些液柱和气泡在热端和冷端之间往复振荡，通过这种脉动运动来实现热量传递。
这种设计结构简单，制造成本低，但其传热机理复杂，启动能力和传热性能受多种因素影响，对管道形状、充液率敏感，通道小时表面张力增强会抑制工质振荡，通道大时会导致工质分层影响脉动效果。但其代表了热管技术在简化结构方向上的探索。
04
轴向槽道热管
（Axially Grooved Heat Pipe 简称 AGHP）
关键特征
· 通常为铝合金挤出槽道
· 通常为铝氨热管
· 可以使用低温工质作深低温导冷器件
· 在微重力环境或水平姿态下使用
· 传热量很大
图4：轴向槽道热管型谱
槽道热管通常由铝合金制成管道，内壁沿轴向布有 Ω 形或其他几何形状的槽道，以替代传统毛细芯。在微重力环境下，气液工质（一般为氨）在相应槽道内流动，完成相变循环。AGHP 的工作过程包括液氨在受热区蒸发后，气态工质在管道中间通孔内通过压力差向冷凝区流动，放热后凝结，再沿靠近管壁槽道回到蒸发区，实现高效、可靠的热量输运。
与常规热管相比，AGHP 质量更轻、结构更简单，并且可实现更大功率的远距离散热，适用于卫星蜂窝板等重量与体积受限的场景，是目前航天器热控分系统特别是热管网络的支撑性器件。
05
可变热导热管
（Variable Conductance Heat Pipes，
简称 VCHP）
关键特征
· 内含不凝气 NCG
· 具有可调节的传热能力
· 被动式智能控温
图5：VCHP 运行机理
可变热导热管 VCHP 内部除相变工质以外，还精确填充了一定量的 NCG 例如氮气或氦气，它们会在冷凝段形成一个可以移动的气塞，当热管温度升高时，NCG 被压缩，导致冷凝面积增大传热能力提升；当温度降低时，NCG 扩散占据冷凝空间，削弱传热强度。
VCHP 可以在不同负载或环境温度下自动调节传散热效率，不需要主动控制设备就能适时适应温度变化，其多用于航天器及需要精确控温的场合，在同一传热器件上实现宽范围温控，是热管在智能控制方向的一次重要尝试。目前 VCHP 被认为是解决月球着陆器月夜生存问题的有效手段，国内已有相关企业具有制备能力。
06
环路热管
（Loop Heat Pipes，简称 LHP）
关键特征
· 蒸发器内有高效毛细芯结构
· 完全分离的液气通道
· 创新的补偿腔设计
· 可在任意方向工作
· 具备抗过载运行能力
图6：柱状 LHP、平板 LHP
环路热管 LHP 是一种高效的自循环两相传热装置，其采用了环状结构设计，并在蒸发器中设置了独特的毛细芯结构。另外补偿腔的设计使其能够自动调节系统内的工质量，确保系统在各种工况下都能稳定运行。LHP 在航天器热控制领域得到广泛应用，其具有大热量、高热流密度、低热阻、远距离、逆重力姿态的传热能力。
相较于传统热管（HP）技术、3DVC 技术等，在性能和功能上都有明显进步。随着 AI 芯片和新能源汽车电驱动器 MOSFET 等功率器件热管理需求的显著提升，LHP 技术逐渐从航天领域转向民用，其继承了热管可靠性的同时，可同时用作风冷或液冷散热器，是服务未来的通用热解决方案。
部分图片来源于网络，侵删
