lightanddesign.ru
You might also like
Из школьной физики мы знаем, что при утечке электричества каждый проводник выделяет тепло. В результате воздух нагревается вокруг всех компонентов компьютера, по которым течет ток (от процессора до соединительных кабелей).
Я написал эту статью для конкурса почти год назад … Я решил опубликовать это, может быть, кому-то еще будет интересно. Она ужасно огромная (не забавно — есть две части /часть 2/, так как хабр не принял ее в произведение). Движение.
Скучная теория
Количество производимого тепла зависит от содержания и энергопотребления блоков системы. Это не означает, что все компоненты системы должны быть полностью охлаждены. Вам не нужно вешать вентиляторы в гнезда, но современные процессоры и видеокарты просто не будут охлаждаться!
К сожалению, от теплового излучения никуда не деться, но есть несколько решений этой проблемы. Другой вопрос — что охлаждать. Сегодня существует множество систем охлаждения, и в них используется общий принцип действия — передача тепла от теплого тела (охлаждающего объекта) к нетеплому телу (охлаждающей системе). Будут рассматриваться только следующие системы.
— Холодильники — Холодильник + вентилятор = холодильник — — Системы жидкостного охлаждения — Системы охлаждения Пельтье — Системы фазового перехода (фреон) — Системы экстремального охлаждения, с жидким азотом.
Можно использовать наиболее эффективную установку, комбинируя различные типы этих систем, но это выходит за рамки данной статьи.
Начиная с первого холодильника, мы приступаем к изучению основных систем охлаждения.
Холодильник (Novolat. Radiator, "холодильник") представляет собой теплообменник и используется для отвода тепла от охлаждаемого объекта. Механизмом теплопередачи здесь является теплопроводность — способность вещества переносить тепло в пределах своего объема. Все, что вам нужно сделать, это создать естественный контакт между холодильником и охлаждаемым предметом. Поэтому он всегда находится в тесном контакте с охлаждаемым объектом. После того как холодильник поглотил часть тепла от охлаждаемого объекта, его задача — рассеять его в окружающий воздух.
Но обеспечить физический контакт недостаточно! В конце концов, рано или поздно сама система охлаждения будет нагреваться от постоянно нагретого объекта охлаждения. А как известно, в системе тела при одной и той же температуре не может происходить процесс теплообмена. Чтобы выйти из этой ситуации и не иметь дело с проблемой перегрева, необходимо подавать холодные вещества для охлаждения самой системы охлаждения. Такое вещество обычно называют хладагентом (холодильным агентом, частный случай хладагента).
Холодильники — это системы с воздушным охлаждением. Это означает, что хладагентом в данном случае является холодный воздух из окружающей среды. Тепло от охлаждаемого предмета направляется ко дну холодильника, затем равномерно распределяется по всем сторонам и уходит в окружающий воздух. Этот процесс известен как термическая обработка. Поскольку воздух вокруг холодильника постепенно нагревается, процесс передачи тепла становится менее эффективным. Эффективность теплообмена можно повысить, постоянно подавая холодный воздух к реберным костям холодильника. Проще говоря, свободная циркуляция холодного воздуха требует эффективного охлаждения.
Такие природные величины, как теплопроводность (скорость распространения тепла в теле) и теплоемкость (количество тепла, передаваемого телу для повышения температуры на один градус Цельсия), должны быть высокими при нагревании тел. Из тех же школьных уроков мы знаем, что металлы обладают самой высокой теплопроводностью. На самом деле это не так, а лучшая теплопроводность обнаружена у алмаза:), в диапазоне 1000-2600 Вт/(М-К). Наилучшей теплопроводностью между металлами обладает серебро — его теплопроводность составляет 430 вт/(м-к). Далее следует медь 390 w/(m-k), затем золото 320 w/(m-k). Алюминий 236 w/(m-k) завершает цепь.
Помимо драгоценных камней, очевидно, что два наиболее подходящих материала — это алюминий и медь. Во-первых, из-за низкой стоимости и высокой теплоемкости (930 против 385 у меди), а во-вторых, из-за высокой теплопроводности (недостатком меди является высокая температура плавления и сложность обработки). Серебро иногда используется для изготовления оснований радиаторов из-за его высокой теплопроводности. Кроме того, радиаторы могут быть изготовлены с использованием алюминиевого сплава пирити под названием Silmin. Преимущество этого материала в том, что он дешевле алюминия.
Если радиатор специально изготовлен из теплопроводящего материала, температура в каждой точке будет одинаковой. Тепло одинаково эффективно излучается со всей поверхности. Предметы излучают тепло со своей поверхности, а это значит, что поверхность предмета должна быть как можно больше для достижения наилучшей теплопроводности. Существует два способа увеличения поверхности теплоотвода. Первый заключается в увеличении поверхности ребер при сохранении увеличения размера теплоотвода и геометрического размера теплоотвода. Второй вариант предпочтительнее, но он сопряжен с рядом трудностей. Например, увеличивается вес и размер нагревательного элемента, что может затруднить установку устройства. Цена соответственно увеличивается в зависимости от количества материала, используемого в производстве.
Существует множество типов крышек холодильника. Если они созданы методом экструзии, они могут быть толще. Или, наоборот, тоньше, если плавники формованные. Они могут быть прямыми или поперечными по всей длине холодильника. Они плоские, согнуты у пластины и вдавлены в основание. Однако лучшие радиаторы сегодня — это игольчатые радиаторы с квадратными или цилиндрическими иглами вместо реберных костей.
Строительные радиаторы
На данный момент мы знаем, как построить шесть радиаторов
1. щенные (экструдированные) радиаторы — самые дешевые и распространенные на рынке. Основным материалом, используемым в производстве, является алюминий. Этот тип радиаторов изготавливается методом компрессии (экструзии), что позволяет добиться очень сложных профилей поверхности ребер и хороших свойств теплопроводности.
2. складчатые нагревательные элементы (ленты) — получаются, когда тонкие металлические полоски, свернутые в гармошку, крепятся к опорной плите нагревательного элемента сваркой (или с помощью клеящей индуктивной пасты). В этом случае складки ленты гармошки действуют как плавники. Эта технология производства позволяет получить компактный продукт по сравнению с радиаторами, называемыми SO, но с почти такой же тепловой эффективностью.
3. кованые (холодноформованные) радиаторы — это радиаторы, изготовленные по технологии холодного прессования. Эта технология позволяет создавать поверхности холодильника любой формы поперечного сечения, а не только стандартные прямоугольные ребра. Они обычно дороже, чем первые два типа нагревателей, но зачастую гораздо менее эффективны.
4. композитные радиаторы являются близким родственником "складчатых" радиаторов. Тем не менее, есть существенные различия. В радиаторах этого типа поверхности ребер образованы не гармоничной лентой, а тонкими отдельными пластинами, которые привариваются или привариваются к нижней части радиатора. Этот тип радиаторов немного эффективнее экструдированных и плиссированных радиаторов.
5. литые радиаторы — для производства этого вида продукции используется технология литья под давлением. С помощью этой технологии можно создавать ребристые профили поверхности практически любой сложности, что значительно улучшает теплопередачу.
6. долотообразные нагреватели — самые дорогие и современные нагреватели. Этот вид продукции создается путем прецизионной обработки (на специальных высокоточных станках с ЧПУ) из монолитных блоков и имеет самую высокую тепловую эффективность. Без затрат на производство этот тип радиаторов заменил бы конкурентов, которые уже давно были на рынке.
Тепловые трубы.
Тепловые трубы или просто теплопроводы, используемые в радиаторах и холодильниках, уже не редкость в современных системах.
Они представляют собой закрытые теплообменные устройства, работающие в замкнутом цикле испарения-конденсации в тепловом контакте с внешним источником тепла и абсорбентом. Тепловая энергия поглощается охлаждаемым объектом и расходуется на испарение теплоносителя внутри корпуса тепловой трубы. Затем тепловая энергия переносится паром в виде испарительного скрытого тепла на некоторое расстояние от места испарения, которое выделяется в дренаж при конденсации пара. Образовавшийся конденсат возвращается к месту испарения либо под действием капиллярных сил (обеспечивается специальной капиллярной структурой в тепловой трубе), либо под действием массовых сил (такая структура обычно называется питателем).
Вместо обычного электронного механизма передачи тепла (путем теплопроводности, которая имеет место в массивных металлических тепловых трубах), можно найти тепловые трубы, использующие молекулярный механизм передачи (точнее, процесс передачи кинетической и колебательной энергии от неконтролируемого движения пара частиц).
Есть контакт! Какова площадь?
Площадь контакта между охладителем и охлаждаемым объектом должна быть как можно больше. Это связано с тем, что именно через эту область тепло от объекта поступает к охладителю. Однако следует учитывать, что даже самые гладкие два поверхностных контакта имеют между собой неглубокие полости и пустоты, заполненные воздухом напомним, что теплопроводность воздуха составляет 0,026 Вт/(м-К) — это может быть некрасивой игрой.
Для удаления вредного воздуха и обеспечения максимальной эффективности работы холодильника используются различные тепловые интерфейсы, обычно теплопроводящие пасты (термопасты). Они обладают высокой теплопроводностью (например, алюминий или серебро (содержание до 90%)), а их текучесть позволяет им заполнять неровности поверхностей, с которыми они соприкасаются.
Термопаста поставляется с холодильниками и морозильниками большинства марок. Он поставляется в шприцах или маленьких пакетиках. Рекомендуется не наносить термопасту на электрические компоненты компьютеров.
Одной из характеристик термопасты является продолжительность времени, необходимого для достижения максимальной эффективности. В среднем это время составляет около одной недели. Компания Coolink недавно выпустила первую термопасту с дополнительными наночастицами. Его преимущество заключается в отсутствии периода ожидания.
Помимо термопаст, существует еще один тип термоинтерфейса — проводящие прокладки. Суть их работы одинакова, но используются они по-разному — их помещают на контактную поверхность и при воздействии тепла они меняют свое когезионное состояние, заполняя неровности и перемещая воздух.
Основная линия радиаторов
Несмотря на все вариации, самым важным преимуществом холодильника является то, что он не является источником шума. К недостаткам относятся относительно низкая производительность, отсутствие возможности разгона и зачастую большие размеры.
Охлаждение современных видеокарт и процессоров с помощью пассивных радиаторов может быть очень рискованным, но охлаждение модулей памяти, жестких дисков, чипсетов и цепей питания является надежным.
Теплоотводы — это комбинация кулеров и вентиляторов, размещенных на электронных компонентах компьютера, которые выделяют большое количество тепла. Самая важная задача холодильника — понижать температуру охлаждаемого объекта и поддерживать ее на постоянном уровне. Это достигается за счет непрерывного потока воздуха, обдувающего радиатор. Это означает, что менее эффективный процесс излучения преобразуется в более эффективный процесс конвекции. Кулеры — это самый простой, быстрый, доступный и, в большинстве случаев, достаточный способ охлаждения компьютерных компонентов. Воздух охлаждает все.
Существует огромное количество вариантов дизайна. Мы можем долго обсуждать дизайн, но не так много можно сказать о различиях в функциях.
Теплоотводы бывают разных размеров. Обычно они варьируются от 40×40 мм до 320×320 мм.
Шарики для роликов
Самой важной частью холодильника является вентилятор. Это источник наибольшего шума в системном приводе. Точнее, это шум, возникающий при попадании воздушного потока на радиаторы. Шум особенно заметен в холодильниках низкого класса, потому что никто особо не заботится об их дизайне.
Вентилятор состоит из крыльчатки (с магнитом во внутреннем диаметре) и электродвигателя, который вращает этот магнит вместе с крыльчаткой. Через центр вентилятора проходит осевой штифт, прикрепленный к центру двигателя. Для обеспечения наиболее плавной работы рабочего колеса можно использовать три типа подшипников (их срок службы указывается производителем на упаковке в тысячах часов).
-Подшипники являются самым дешевым и наименее надежным вариантом, но также производят высокий уровень шума во время работы. —один подшипник + один подшипник — составной подшипник — более длительный срок службы, в среднем в два раза больше, чем у одиночного подшипника. -2 или 4 подшипника — самый надежный и малошумный вариант, но значительно дороже первых двух. —NCB (nanomillimetre ceramic) игольчатые подшипники и керамические подшипники — они установлены в вентиляторах ограниченного числа производителей. Они характеризуются низким уровнем шума, низкой стоимостью и очень долгим сроком службы.
Когда речь идет о времени работы. 40 000 — 50 000 часов (почти пять лет. Иногда больше, но до 300 000 часов)! ), это не означает, что о холодильнике нужно позаботиться при следующем его использовании. Это. Нет! Это число следует разделить на два или три и время от времени проводить профилактические мероприятия (очистка от пыли, продувка, смазка). Если не ухаживать за холодильником, он будет шуметь, а если забывать ухаживать за ним, он может перестать работать.
Выход (питание) — это, пожалуй, главная функция кулера. Он измеряется в кубических футах воздуха в минуту (CFM) или кубических футах в минуту. Эта характеристика в первую очередь зависит от поверхности вентилятора, профиля лопастей и скорости вращения. Чем выше это значение, тем выше эффективность охлаждения и, в целом, тем выше уровень шума, производимого вентилятором во время работы.
Здоровое потребление воздуха.
Радиаторы могут перемещать один кубический метр воздуха с помощью ребер со скоростью до 8 000 оборотов в минуту (для сравнения, скорость автомобильных двигателей составляет от 5 до 8 000 оборотов в минуту. Двигатели гоночных автомобилей Формулы-1 могут работать со скоростью до 22 000 об/мин). Однако очевидно, что на этих скоростях шум от работы холодильника заметен. Поэтому рекомендуется использовать охладители с температурными датчиками, которые "анализируют" температуру и могут увеличивать или уменьшать скорость в зависимости от ситуации. В большинстве случаев это также положительно влияет на уровень шума при работе.
Все компьютерные кулеры работают от постоянного тока, напряжение которого обычно составляет 12 В. В блоке питания используется либо штекер Molex (для интеллектуальных вентиляторов), либо штекер PC plug.
Штекер ПК имеет четыре провода: два черных (земля), два желтых (+ 12 В) и один красный (+ 5 В).
Разъем Molex на материнской плате используется для того, чтобы сама система могла управлять скоростью вращения вентилятора, подавая различные напряжения (обычно 8-12 В) на красный провод. Желтый провод (сигнальный) используется для предоставления системе информации о скорости вращения лопастей вентилятора. Есть один существенный недостаток использования Molex: подключение вентиляторов с потребляемой мощностью более 6 Вт опасно.
Корпус отличается от разъема для ПК — он может выдерживать десятки ватт. Однако и здесь не обошлось без подводных камней. Вентилятор может работать или не работать. Найти переходник с одной вилки на другую больше не проблема — он часто идет в комплекте.
Для снижения уровня шума кулеры могут также питаться от 5 В или 7 В. Петли закругляются, провода оплетаются или обматываются и прячутся в укромных местах, чтобы не нарушать продуманную циркуляцию воздуха.
Шум.
Все холодильники делятся на следующие категории в зависимости от уровня шума, который они производят во время работы (чем ниже уровень шума, тем комфортнее работать за компьютером).
-обусловленная тишина. Уровень шума таких систем охлаждения составляет менее 24 дБ. Это значение ниже, чем типичный фоновый шум в тихой комнате (вечером или ночью). Поэтому кулер оказывает незначительное влияние на изображение шума. Как правило, это значение достигается при самой низкой скорости вращения вентилятора в системе с регулируемой скоростью.
— Низкий уровень шума. Уровень шума от таких систем охлаждения составляет от 24 до 30 дБ. Кулеры вносят едва заметный вклад в акустику компьютера.
-Эргономика. Уровень шума варьируется в пределах 37-42 дБ. Этот шум может быть заметен в большинстве конфигураций пользовательских ПК.
-Не эргономичный. Уровень шума этой системы охлаждения превышает 42 дБ. В таких условиях кулер является основным "генератором" шума компьютера практически во всех конфигурациях. Использование таких холодильников в домашних условиях не оправдано; они подходят для производственных и офисных помещений с фоновым уровнем шума более 45 дБ.
Краткое описание холодильников
К преимуществам холодильников относятся их распространенность, универсальность и доступность. Низкую стоимость также можно отнести к положительным моментам, но учтите, что хороший кулер не должен быть прожорливым — в конце концов, это фактически второе сердце компьютера — его не остановишь.
В качестве минуса поставьте шум, который рано или поздно может появиться во всех холодильниках.
Подводя итог вышесказанному. Кулеры являются наиболее распространенной системой охлаждения на сегодняшний день и могут охлаждать что угодно — от процессоров до жестких дисков и памяти. Проблема заключается в выборе подходящего кулера. Существуют десятки кулеров от десятков производителей.
Некоторым требуется золотое соотношение между тишиной и производительностью. Кому-то нужны гигагерцы и не мешает шум, а кто-то, наоборот, предпочитает тишину.
