热管技术与应用
热管技术和工程运用传热极限计算
热管技术及其工程应用热管的传热极限声速极限：热管管内蒸汽流动，由于惯性力的作用，在蒸发端出口处蒸汽速度可能达到声速或者超声速，而出现堵塞现象，这时的最大传热量被称为声速极限。
毛细极限：热管正常工作的必要条件是△P cap ≥△P v +△P l ±△P g 。
如果加热量超过了某一数值，由毛细力作用抽回的液体就不能满足蒸发所需的量，于是便会出现蒸发段的吸液芯干涸，蒸发段管壁温度剧烈上升，甚至出现烧坏管壁的现象，这就是所谓的毛细传热极限。
沸腾极限：热管蒸发段的主要传热机理是导热加蒸发。
当热管处于低热流量的情况下，热量的一部分通过吸液芯和液体传导到汽-液分界面上，另一部分则通过自然对流到达汽-液分界面，并形成液体的蒸发。
如果热流量增大，与管壁接触的液体将逐渐过热，并会在核化中心生成气泡。
中心生成气泡。
热管工作时应避免气泡的生成，热管工作时应避免气泡的生成，热管工作时应避免气泡的生成，因为吸液芯中一旦形成气泡后，因为吸液芯中一旦形成气泡后，因为吸液芯中一旦形成气泡后，如果不能顺如果不能顺利穿过吸液芯运动到液体表面，利穿过吸液芯运动到液体表面，就将引起表面过热，就将引起表面过热，就将引起表面过热，以致破坏热管的正常工作。
以致破坏热管的正常工作。
以致破坏热管的正常工作。
因此将热管因此将热管蒸发段在管壁处液体生成气泡时的最大传热量称作沸腾传热极限。
粘性极限：当蒸汽的压力由于粘性力的作用在热管冷凝段的末端降为零，如液态金属热管，在这种情况下，在这种情况下，热管传热极限将受到限制，热管传热极限将受到限制，热管传热极限将受到限制，热管的工作温度低于正常温度时将遇到这种热管的工作温度低于正常温度时将遇到这种极限，它又被称为蒸汽压力极限。
携带极限：当热管中的蒸汽速度足够高时，液汽交界面存在的剪切力可能将吸液芯表面液体撕裂将其带入蒸汽流。
这种现象减少了冷凝回流液，限制了传热能力。
以下就以氨为工质展开五种传热极限的相关计算，氨的物性参数如下表所示：例：工质氨的热管，直径φ=3mm,=3mm,壁厚壁厚d =0.3mm,=0.3mm,长度长度L=300mm L=300mm，工作温度，工作温度240K,有效长度eff l 为150mm 150mm。
工程热力学热管技术在热力循环中的应用
工程热力学热管技术在热力循环中的应用工程热力学热管技术是一种基于传热、传质、传动和传感的研究方法和工程应用技术。
它利用液体在热管内循环流动的特性，实现热的传递、驱动和控制。
热管技术广泛应用于工业生产中，特别是在热力循环中，具有诸多优势。
本文将以几个方面来介绍工程热力学热管技术在热力循环中的应用。
一、热管在热力循环中的原理热力循环是一种能量转换过程，通过热源使工质的温度和热量变化，从而实现能量转换。
而热管作为热力循环中的一个重要组成部分，起到传热、传质和传动的作用。
热管的基本结构由内外两层金属管壳组成，内层为蒸发段，外层为冷凝段。
其中，内层充满工质，通过蒸发和冷凝循环流动，实现热的传递；外层则起到隔热的作用，保证热管的热效率。
当热管的一端受到热源的加热，蒸发段内的工质蒸发成气态向另一端的冷凝段传递热量，在冷凝段被冷却介质吸收热量并变为液态，然后再次返回蒸发段进行循环。
二、热管在热力循环中的应用1. 热管在核电厂中的应用热管技术在核电厂中具有广泛的应用前景。
核电厂需要对核反应堆进行冷却，而传统的冷却方式有许多问题，如过热、不均匀、温度梯度大等。
而利用热管技术可以解决这些问题，提高核电厂的安全性和效率。
2. 热管在太阳能热能利用中的应用太阳能热能是一种绿色、清洁的能源，利用太阳能进行热能转换可以有效减少能源消耗和环境污染。
而热管技术可以提高太阳能的热能利用效率，将太阳能转化为实用的热能，广泛应用于太阳能热水器、太阳能空调等领域。
3. 热管在航空航天中的应用热管技术在航空航天领域中有着重要的应用价值。
在宇宙空间中，传统的传导和对流传热方式受到限制，而热管技术可以通过液体流动的方式实现热量的传输和均衡，提高航空航天器的散热效果，保证设备的正常运行。
4. 热管在工业生产中的应用热管技术在工业生产中有着广泛的应用。
例如，在钢铁冶炼过程中，热管技术可以用于冷凝和回收高温废气中的热能，提高能源利用效率。
此外，在工业热处理、电子设备制造等领域，热管技术也可以用于温度控制和热能回收。
热管技术在电子冷却中的应用
热管技术在电子冷却中的应用在电子设备发展的过程中，电路板的功率越来越高，需要更高效的冷却方式来保证设备的功率和寿命。
传统的散热方式已经无法满足需求，因此热管技术作为一种新型的散热方式被广泛应用于电子设备冷却中。
一、热管技术简介热管是由吸热剂、汽化空间、冷凝空间和导管四部分组成的热传输器件。
热管内充有高效工质，当电子设备被散热器散热时，散热器内的高效工质被热蒸发，蒸汽在热管内膜上凝结成液体，流回到热源，从而形成闭合的热循环。
这种热循环的流动，可以将热从热源迅速传导到散热器，并降低温度，达到了高效的冷却效果。
二、1. 电源模块冷却电源模块是电子设备中一个非常重要的组成部分，其内部电子元件运作过程中会产生大量的热量。
使用热管技术进行冷却处理，可以准确地散热并使电源模块的寿命得以延长，同时还能保证电源模块的安全性。
2. CPU冷却CPU是电子设备中的核心部件，其运行过程中会产生大量的热量。
如果CPU过热，会导致系统崩溃和数据丢失。
采用热管技术进行CPU冷却能够快速地将热量带走并保证CPU的稳定运行。
3. 显卡冷却显卡是电子设备中的一个非常重要的图像处理部件，其运行过程中也会产生大量的热量。
热管技术在显卡的冷却中发挥了重要的作用，能快速降温并维持显卡的稳定运行。
4. 光纤通信设备冷却光纤通信设备是具有高功率密度的设备，在运行时会产生大量热量，导致光学设备性能下降，短化其寿命。
采用热管技术进行冷却，能够快速地将热量带走，保证光学设备的稳定性能。
三、热管技术在电子设备中的优势1.高效的冷却效果热管技术能够将大量的热量迅速地带离热源，保证设备的有效运行，同时也具有很高的冷却效率。
2. 具有环保节能的优势热管技术在冷却过程中不需要使用机械泵，因此不会产生噪音和污染，同时也可以节省大量的电力，具有良好的环保节能效果。
3. 结构简单、稳定性高热管技术采用的是相变传热原理，结构简单，体积小，组装简单。
同时也不会因振动、晃动等因素减少其性能，稳定性非常高。
热管技术的工作原理及在多领域中的应用
热管技术的工作原理及在多领域中的应用1、热管的基本组成及工作原理A、热管的组成：热管主要由主体（一根封闭的金属管）、充注工作介质的内腔和毛细结构（管芯）。
在制作时，管内的空气和其他杂物要清除干净，需为真空状态。
B、热管的工作原理：一个完成的热管，沿轴可分为蒸发段、绝热段和冷凝段三部分。
当热管在工作时，热管的蒸发段受到外界热量影响，此处的工作介质受热蒸发，蒸发后气压迅速升高，由于蒸发段与冷凝段气压不同，蒸发段的蒸汽沿着通道流向冷凝段，冷凝段温度低于蒸发段，于是蒸汽在此处释放热量并冷凝，回落到蒸发段，此时就完成了热量的传递。
如此的周而复始，就完成了大量的热量的传递。
热管热量的传递是无外力自动发生的，利用工作介质的相变来进行的，通常只要有温差，就能产生热量的传递。
由于蒸发段与冷凝段之间是有绝热装置完全隔离开的，因此能够保证热管内的热量不会散失到外界，保证了热量的传递。
2、热管技术的应用由于热管技术具有很快的传热速度，因此被应用于各个领域。
而且在使用过程中，可根据实际使用情况，可通过热管将热源和冷源完全分离开来完成热量的传递，非常的灵活和便捷。
A、在航空航天中的应用热管技术最早是应用于航天航空中的。
航天器在天空中时，向着阳光的一面温度高，背阴面温度较低，温差较大，而利用热管技术，热管的蒸发段从向阳的一面吸收热量，传递到背阴的一面，以此来实现两侧温度的平衡，避免两侧的温差过大，导致航天器出现故障。
B、工业领域中的热回收应用在工业领域，余热资源非常多，但能够再次进行利用的却很有限，由于技术或资金的原因，导致一些余热资源被浪费掉了。
如很常见的烘干或类似的工序，需要先将环境中的空气（即新风）送进反应炉中，经过加温，加热到符合条件的热度后，在进行下一步作业，为保证炉内空气的新鲜和维持一定的压力，需要将作业完后的空气排出，此时排除的空气会带有一定的热量；通过热管技术，对这部分热量进行回收，对新风进行预热，就减少了能源的投入，降低了成本。
热管工作原理
热管工作原理引言概述：热管是一种利用液体在内部循环运动传热的热传导器件，具有高效、快速、均匀传热的特点。
本文将详细介绍热管的工作原理及其应用。
一、热管结构1.1 热管壳体：通常为金属材料制成，内部充满工作流体。
1.2 蒸发段：位于热管的一端，液体在此蒸发成气体。
1.3 冷凝段：位于热管的另一端，气体在此冷凝成液体。
二、热管工作原理2.1 蒸发：热管的蒸发段受热后，液体吸收热量蒸发成气体。
2.2 运动：气体在热管内部产生对流运动，将热量传递到冷凝段。
2.3 冷凝：气体在冷凝段散热后，冷凝成液体，完成热量传递循环。
三、热管的应用领域3.1 电子散热：热管可用于电子设备的散热，提高散热效率。
3.2 温度调节：热管可用于调节温度，保持设备稳定工作。
3.3 空调制冷：热管在空调中的应用可提高制冷效果，节能环保。
四、热管的优势4.1 高效传热：热管传热效率高，传热速度快。
4.2 均匀传热：热管能够实现均匀传热，避免局部过热。
4.3 结构简单：热管结构简单，易于创造和维护。
五、热管的发展前景5.1 新材料应用：随着新材料的应用，热管的传热效率将进一步提升。
5.2 智能化应用：热管在智能设备中的应用将更加广泛，提高设备性能。
5.3 绿色环保：热管的节能环保特性将使其在未来得到更广泛的应用。
总结：热管作为一种高效的热传导器件，在电子散热、温度调节、空调制冷等领域具有重要应用价值，其优势在于高效传热、均匀传热和结构简单。
随着新材料和智能化技术的发展，热管的应用前景将更加广阔，为节能环保做出贡献。
热管技术的应用研究与发展
热管技术的应用研究与发展热管技术是一种热传导技术，它利用物质的蒸发和冷凝原理，将热量从一个位置传输到另一个位置，被广泛应用于电子设备、军事、航空航天等领域。
随着科技的不断进步和应用需求的不断增加，热管技术的应用和研究得到了持续的推进和发展。
热管技术最早出现在1960年代后期，主要应用于太空技术中，用于控制卫星上电子设备的温度。
随着该技术的不断成熟和发展，其应用领域不断拓宽。
目前，热管技术已经应用于各种电子设备，例如笔记本电脑、手机、平板电脑等，通过热管技术的热导性能实现散热降温，提高设备稳定性和寿命。
同时，在军事、航空航天领域，热管技术也被广泛用于控制和维持各种设备的温度，提高设备性能和稳定性。
热管技术的基本原理是利用工作流体的液态和气态相变过程来传导热量。
工作流体的蒸发和冷凝是热传导的基本形式，热量从热源端向工作流体传递，利用蒸汽的扩散浸渍到蒸汽空腔壁面上，再通过冷凝放出潜热释放给冷源。
通过工作流体的流动达到传递热量的效果。
与其他传热技术相相比，热管技术具有以下优点：1.高热传导能力。
热管技术可以跨越较长距离传输热量，具有很强的热传导能力。
2.自控制效应。
热管在工作过程中，由于相变过程的自发控制，具有自控制效应，可以有效地控制热源温度。
3.可靠性高。
由于热管内无运动部件和润滑剂等机械结构，所以热管寿命长，可靠性高。
热管技术的应用越来越广泛，其优越的热传导性能和可靠性也引起了越来越多的研究和发展。
其中一个关键的发展方向是优化热管结构和材料，以达到更高的热传导性能和工作温度范围。
现代材料科学的发展为热管技术的进一步发展提供了重要的支撑。
例如，高温热管技术能够解决高温条件下热量传递的问题，提高了热管的工作温度范围。
有学者提出了高温热管技术的基础元件，包括压缩机、蒸发器、冷凝器和热管本体等。
在热管本体方面，研发团队采用了碳化硅纳米材料作为热管主体，大大提高了热传导速度和传导能力，极大地拓展了高温热管技术的应用领域。
热管技术在热能工程中的应用分析
热管技术在热能工程中的应用分析摘要：本文旨在探讨热管技术在热能工程中的应用，重点关注热管技术的原理、特点以及在热能工程中的应用优势和局限性。
通过对热管技术的分析和研究，本文发现热管技术具有高效、环保等优点，在热能工程中具有广泛的应用前景。
然而，热管技术也存在一些技术和管理上的挑战，需要进一步完善和发展。
关键词：热管技术；热能工程；应用分析一、引言热管技术是一种利用相变传热原理进行热量传递的技术，具有高效、环保等优点。
在热能工程中，热管技术可以应用于各种场合，如余热回收、空调制冷、电子散热等。
本文旨在探讨热管技术在热能工程中的应用，重点关注热管技术的原理、特点以及在热能工程中的应用优势和局限性。
二、热管技术的原理和特点热管技术是一种利用相变传热原理进行热量传递的技术。
其基本原理是，在密闭的管子内充入一定量的工质，当管子的一端受热时，工质吸收热量蒸发成气体，气体在压差的作用下流向另一端，并在该端放出热量冷凝成液体，液体再通过毛细作用流回受热端，如此循环往复，实热量的传递。
热管技术具有以下特点：（1）高效性热管技术的传热效率非常高，可以达到90%以上，远高于传统的传热方式。
这是因为热管技术利用相变传热原理，使热量在传递过程中损失较小，从而提高了传热效率。
此外，热管技术的传热过程是在密闭的管子内进行的，减少了外部环境对传热过程的影响，也提高了传热效率。
（2）环保性热管技术在传递热量的过程中无需消耗额外的能源，是一种环保的传热方式。
这是因为热管技术利用相变传热原理进行热量传递，无需额外的能源驱动，减少了能源消耗和环境污染。
此外，热管技术的传热效率高，可以减少能源浪费和环境污染。
（3）灵活性热管技术可以应用于各种场合，如余热回收、空调制冷、电子散热等。
这是因为热管技术的传热原理简单，可以根据不同的应用场景进行定制化的设计和制造。
此外，热管技术的传热效率高，可以适用于不同的传热量和传热距离的需求。
（4）可靠性热管技术的传热过程是在密闭的管子内进行的，不易受到外部环境的影响，具有较高的可靠性。
热管技术及其工程应用z
热管的应用领域广泛，涉及到不同的行业和领域，需要针 对不同的应用场景进行定制化设计和优化，以满足多样化 的需求。
热管技术的发展趋势与前景
高效化
随着科技的发展，对热管传热效率的要求越来越高，未来 热管技术将不断向高效化方向发展，提高热管的传热性能 和效率。
长寿命化
热管的使用寿命是衡量其性能的重要指标之一，未来热管 技术将不断追求长寿命化，提高热管的使用寿命和稳定性 。
微型化
随着微型化技术的发展，未来热管技术将向微型化方向发 展，应用于更小规模和更高精度的领域，如微型电子器件 散热等。
智能化
随着智能化技术的发展，未来热管技术将与智能化技术相 结合，实现热管的自适应调节和智能控制，提高热管的传 热热的案例分析
热管内部的相变过程
总结词
相变过程是热管内部传热的关键环节。
详细描述
在热管内部，工作液体在加热条件下发生相变，由液态变为气态，产生蒸汽流动 。这个相变过程伴随着大量热量的吸收和释放，是热管实现高效传热的关键。
热管的传热过程分析
总结词
热管的传热过程涉及多个物理现象。
详细描述
热管的传热过程包括工作液体的汽化、蒸汽的流动、蒸汽的冷凝和回流等环节。这些环节相互作用， 共同实现高效的热量传递。此外，热管内部的传热还受到管壁导热、蒸汽与管壁的对流换热等因素的 影响。
热管在余热回收和热能利用中的应用
总结词：节能环保
详细描述：热管技术广泛应用于余热回收和热能利用，将废弃的热量转化为可利用的能源，提高能源 利用效率，降低能耗和排放，符合节能环保的理念。
热管在新能源领域的应用
总结词：创新驱动
详细描述：随着新能源技术的不断发展，热管技术在太阳能 、风能等新能源领域得到广泛应用。热管能够高效地转换和 利用新能源产生的热能，推动新能源技术的创新和发展。
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9 热管技术及其工程应用
（3）热管的工作液要有较高的汽化潜热、导热系 数，合适的饱和压力及沸点，较低的粘度及良好 的稳定性。工作液体还应有较大的表面张力和润 湿毛细结构的能力，使毛细结构能对工作液作用 并产生必须的毛细力。工作液还不能对毛细结构 和管壁产生溶解作用，否则被溶解的物质将积累 在蒸发段破坏毛细结构。
顺德职院机电系
9 热管技术及其工程应用
（2）热管的管芯是一种紧贴管壳内壁的毛细结构， 通常用多层金属丝网或纤维、布等以衬里形式紧 贴内壁以减小接触热阻，衬里也可由多孔陶瓷或 烧结金属构成。如下图所示为几种不同的管芯的 结果示意图
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9 热管技术及其工程应用
烧结式热管制造工艺 烧结式热管，顾名思义，其毛细结构是通过高温下铜粉烧结
热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，饱和蒸汽从蒸 发段流向冷凝段所产生的压降很小，温降亦很小， 因而热管具有优良的等温性。 (3)热流密度可变性
热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积， 这样即可以改变热流密度。
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9 热管技术及其工程应用
(4)热流方向的可逆性 一根水平放置的有芯热管，由于其内部循环动
后的工作也体回流到蒸发段。
顺德职院机电系
注意：热管中的水会
因为内部低压而在100℃ 以下就沸腾蒸发。
热管工作过程动画
热量散失
水蒸汽流 热量输入
水蒸汽冷凝
液态水蒸发
液体由于重力 或吸附力回流
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9 热管技术及其工程应用
9.2热管的特性 (1)很高的导热性
热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热 阻很小，因此具有很高的导热能力。 (2)优良的等温性
力是毛细力，因此任意一端受热就可作为蒸发段， 而另一端向外散热就成为冷凝段。 (5)热二极管与热开关性能
热二极管就是只允许热流向一个方向流动，而 不允许向相反的方向流动；热开关则是当热源温 度高于某一温度时，热管开始工作，当 热源温度 低于这一温度时，热管就不传热。
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9 热管技水介质烧结式热管制造流程大 致为：选取99.5％纯度的铜粉，铜粉单体粒径一定要控制 在75～150微米。首先使用工具将外径5mm红铜管内部清 除干净，去除毛刺，接着将铜管放到稀硫酸中使用超声波 清洗。清洗干净之后我们将得到一根内外壁皆十分光滑、 无氧化物的铜管。此时将一根细钢棍插到铜管里（需要工 具精确地将钢棍儿固定在铜管的中央，以方便铜粉均匀填 充），将铜管底部用铜片暂时封闭。接着就可以把纯铜粉 倒入铜管了。装填完毕之后就可以拿到烧结炉进行烧结。 在烧结过程中，温度的把控也很重要。一般烧结炉峰值温 度控制在800～850度（根据热管产品要求的渗透率规 定）。烧结完成之后使用一个辅助工具把铜管加紧，使用 工具把钢棍抽出即可。
第9章 热管技术 及其工程应用
9 热管技术及其工程应用
1963年，热管诞生于美国Los Alamos国家实验 室的G.M.Grover之手，它巧妙地利用了气液变化 过程中的吸放热原理，具备了超过任何已知金属 的导热能力.
热管技术的原理，主要是利用工作流体的蒸发 与冷凝来传递热量（热管工作流体涵盖从低温应 用的氦、氮，到高温应用的钠、钾等液态金属； 较为常见的热管工作流体则有氨、水、丙酬及甲 醇等）。热管一般是由管壳、吸液芯和端盖三个 部分组成。将管内抽至较高的真空度后充以适量 的工作流体，使得紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔 材料中充满液体后加以密封。
从传热状况看，热管沿轴向可分为蒸发段，绝热 段和冷凝段三部分。
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9 热管技术及其工程应用
（1）热管的管壳是受压部件，要求由高导热率、 耐压、耐热应力的材料制造。在材料的选择上必 须考虑到热管在长期运行中管壳无腐蚀，工质与 管壳不发生化学反应，不产生气体。
管壳材料有多种，以不锈钢、铜、铝、镍等 较多，也可用贵重金属铌、钽或玻璃、陶瓷等。 管壳的作用是将热管的工作部分封闭起来，在热 端和冷端接受和放出热量，并承受管内外压力不 等时所产生的压力差。
(6)恒温特性 普通热管的各部分热阻基本上不随着热量的变
化而变化，因此热管各部分的温度亦加热量变化。 但可变导热管，使得冷凝段的热阻随加热量的增加 而降低、随加热量的减少而增加，这样热管在加热 量大幅度变化的情况下，蒸汽温度变化极小，实现 温度的控制，这就是热管的恒温特性。 (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 管可做成电机的转轴、燃气轮机的叶片、钻头、手 术刀等等，热管也可做成分离式的以适应长距离或 冷热流体不能混合的情况下的换热；热管既可以用 于地面(重力场)，也可用于空间(无重力场)。
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9 热管技术及其工程应用
（1）热量从热源通过热管管壁和充满工作液的吸液 芯传递到液-气分界面；
（2）液体在蒸发段的液-气分界面上蒸发； （3）蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流向冷凝段； （4）蒸汽在冷凝段内的液-气分界面上凝结； （5）热量从液-气分界面通过吸液芯、液体和管壁
传给冷源； （6）在吸液芯内由于毛细作用（或重力等）是冷凝
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9 热管技术及其工程应用
如图：当热管的一端受热 时毛细芯中的液体蒸发汽 化，蒸汽在微小的压差下 流向另一端放出热量凝结 成液体，液体在沿多孔材 料靠毛细力的作用流回蒸 发段。如此循环不已，热 量便从一端传到了另一端！
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9 热管技术及其工程应用
在这一热量转移的过程中，具体包含了以下 六个相互关联的过程：
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9 热管技术及其工程应用
9.1 热管的组成
图7.1 热管示意图 1—管壳；2—管芯；3—蒸汽腔；4—工作液
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9 热管技术及其工程应用
热管：是一种传热性极好的人工构件，常用的热管由 三部分组成：主体为一根封闭的金属管（管壳），内 部空腔内有少量工作介质（工作液）和毛细结构（管 芯），管内的空气及其他杂物必须排除在外。热管工 作时利用了三种物理学原理： ⑴在真空状态下，液体的沸点降低； ⑵同种物质的汽化潜热比显热高的多； ⑶多孔毛细结构对液体的抽吸力可使液体流动。