 |
Общее понятие о воздушном охлаждение.
|
|
|
|
ВВЕДЕНИЕ
Ни для кого не секрет, что высокое быстродействие современных компьютеров имеет свою цену: они потребляют огромную мощность, которая рассеивается в виде тепла. Основные числодробилки — центральный процессор, графический процессор — требуют собственных систем охлаждения; прошли те времена, когда эти микросхемы довольствовались маленьким радиатором. Новый системный блок оборудуется несколькими вентиляторами: как минимум один в блоке питания, один охлаждает процессор, мало-мальски серьёзная видеокарта комплектуется своим вентилятором. Несколько вентиляторов установлены в корпусе компьютера, встречаются даже материнские платы с активным охлаждением микросхем чипсета. 30°C, 40°C, 50°C, 60°C. Мы привыкаем к всё более высоким температурам процессора, чипа видеокарты и других компонентов компьютера. Некоторые современные жёсткие диски также разогреваются до заметных температур.
Большинство компьютеров оборудуется охлаждением по принципу минимизации стоимости: устанавливается один, два шумных корпусных вентилятора, процессор оборудуется штатной системой охлаждения. Такой подход имеет право на жизнь: охлаждение получается достаточным, дешёвым, но очень шумным
Существует другая крайность — сложные технические решения: жидкостное (обычно водяное) охлаждение, фреоновое охлаждение, специальный алюминиевый корпус компьютера, который рассеивает тепло по всей своей поверхности (по сути, работает как радиатор). Для некоторых задач такие решения использовать необходимо: например, для студии звукозаписи, где компьютер должен быть полностью бесшумен. 4
ВОЗДУШНОЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ.
Общее понятие о воздушном охлаждение.
|
|
|
Принцип работы заключается в непосредственной передаче тепла от нагревающегося компонента на радиатор за счёт теплопроводности материала или с помощью тепловых трубок (или их разновидностей, таких как термосифон и испарительная камера). Радиатор излучает тепло в окружающее пространство тепловым излучением и передаёт тепло теплопроводностью окружающему воздуху, что вызывает естественную конвекцию окружающего воздуха. Для увеличения излучаемого радиатором тепла применяют чернение поверхности радиатора. Поверхности нагревающегося компонента и радиатора после шлифовки имеют шероховатость около 10 мкм, а после полировки — около 5 мкм. Эти шероховатости не позволяют поверхностям плотно соприкасаться, в результате чего образуется тонкий воздушный промежуток с очень низкой теплопроводностью. Для увеличения теплопроводности промежуток заполняют теплопроводными пастами.
Наиболее распространенный тип систем охлаждения в настоящее время. Отличается высокой универсальностью - радиаторы устанавливаются на большинство компьютерных компонентов с высоким тепловыделением. Эффективность охлаждения зависит от эффективной площади рассеивания тепла радиатора, температуры и скорости проходящего через него воздушного потока. На компоненты с относительно низким тепловыделением (чипсеты, транзисторы цепей питания, модули оперативной памяти), как правило, устанавливаются простейшие пассивные радиаторы. На некоторые компьютерные компоненты, в частности жёсткие диски, установить радиатор затруднительно, поэтому они охлаждаются за счёт обдува вентилятором. На центральный и графический процессоры устанавливаются преимущественно активные радиаторы (кулеры). 6
Пассивное воздушное охлаждение центрального и графического процессоров требует применения специальных радиаторов с высокой эффективностью отвода тепла при низкой скорости проходящего воздушного потока и применяется для построения бесшумного персонального компьютера.
|
|
|
Организация воздушных потоков в корпусе ПК
Немаловажную роль в охлаждении ПК играет организация, т.к. в противном случае нагретый воздух в корпусе может нарушить температурный режим, предписанный в технических требованиях или характеристиках, следствием этого может встать выход из строя любого из узлов ПК, что может, в свою очередь, означать прекращение работы всей системы. Поэтому из корпуса ПК должен отводится нагретый воздух, в связи с этим есть 3 способа управления воздушными потоками:
Пассивный;
Активный;
Комбинированный - сочетание активного и пассивного.
Для оптимального вхождения с приемлемым уровнем шума вентиляторов с современных ПК нужно соблюдать 2 требования:
Соблюдать теплообмен между корпусом ПК и окружающей средой, для этого нужно обеспечивать низкие потери давления в системе вентиляции корпуса. Заодно это может уменьшить шум вентилятора;
Организовать в корпусе ПК воздушные потоки так, что бы они омывали нагревающиеся узлы. Это обеспечит подачу к ним охлаждающегося воздуха температурой приближающейся температуре воздуха за пределы корпуса.
Организация воздушных потоков до сих пор является проблемой, по которой есть множество эффективных и не очень решений, но все же есть 7
общая идеология представленная корпорацией Intel, которая так и называется «Идеология воздуховодов».
Способы управления воздушными потоками:
Пассивными - системами охлаждения принято называть такие, которые не содержат вентиляторов. Пассивным охлаждением могут довольствоваться отдельные компоненты компьютера, при условии, что их радиаторы помещены в достаточный поток воздуха, создаваемый «чужими» вентиляторами: например, микросхема чипсета часто охлаждается большим радиатором, расположенным вблизи места установки процессорного кулера.
Комбинированный - для того чтобы объяснить активный способ распределения воздушных потоков рассмотрим комбинированный способ, где активная ветвь работает наиболее наглядно, где активная ветвь берет на себя до 50% общего воздушного потока. Но больших величинах растет аэродинамическое сопротивление корпуса. Корпус тоже лучше взять с низким аэродинамическим сопротивлением. Зачем нужно такое регулирование? Оно позволяет направить в нужное вам место требуемое количество воздуха, а остальной воздух распределить с помощью пассивного способа. Там где вы выделяете из общего воздушного потока дозированное количество и есть зона активного регулирования. Активное охлаждение чаще обеспечивается вентиляторами. Вентилятор имеет расходные характеристики, приведенные в его паспорте. Для обеспечения их он тратит мощность электропривода (электромотора). Когда вентилятор попадает в воздушный поток с характеристиками превышающими его расходные характеристики он переходит в т. н. флюгерный режим. Это значит, что работа вентилятора совершается уже не для подачи воздуха, а для его торможения. Этот вентилятор может представлять собой и группу параллельно работающих вентиляторов. Не больше и не меньше, т.к. у вентиляторов своя пропускная способность воздуха.
|
|
|
Тепловые трубки
Тепловая трубка, теплотрубка — элемент системы охлаждения, принцип работы которого основан на том, что в закрытых трубках из теплопроводящего металла (например, меди находится легкокипящая жидкость. Перенос тепла происходит за счёт того, что жидкость испаряется на горячем конце трубки, поглощая теплоту испарения, и конденсируется на холодном, откуда перемещается обратно на горячий конец.
Тепловые трубки бывают двух видов: гладкостенные и с пористым покрытием изнутри. В гладкостенных трубках сконденсировавшаяся жидкость возвращается в зону испарения под действием исключительно силы тяжести — иными словами, такая трубка будет работать только в положении, когда зона конденсации находится выше зоны испарения, а жидкость имеет возможность стекать в зону испарения. Тепловые трубки с наполнителем (фитилями, керамикой и т. п.) могут работать практически в любом положении, поскольку жидкость возвращается в зону испарения по его порам под действием капиллярных сил, а сила тяжести в этом процессе играет незначительную роль. Материалы и хладагенты для тепловых трубок выбираются в зависимости от условий применения: от жидкого гелия для сверхнизких температур до ртути и даже индия для высокотемпературных применений. Однако большинство современных трубок в качестве рабочей жидкости используют аммиак, воду, метанол и этанол.
|
|
|
Основной принцип работы тепловых трубок с использованием гравитации (т. н. двухфазные термосифоны) датируется веком пара. Современные концепции, с использованием капиллярного эффекта в тепловых трубках предложены R.S. Gaugler из General Motors в 1942, который позднее запатентовал идею. Преимущества капиллярных систем были также независимо проработаны и продемонстрированы Джорджом 9
Грувером (George Grover) из Los Alamos National Laboratory в 1963 и впоследствии в 1964 опубликованы в «Journal of Applied Physics ». Сейчас широко используются в современных компьютерных системах, для охлаждения ЦПУ, чипсетов и т. п. Также используются в мощных светодиодных лампах. Широко применяются в космической технике. За рубежом применяются в солнечной энергетике, для повышения эффективности нагрева воды в солнечных коллекторах.
Имеют узкий эффективный диапазон использования. При превышении расчетной температуры вся охлаждающая жидкость может перейти в пар, что приведет к катастрофическому снижению теплопроводности трубки (до 1/80). И наоборот, при недостаточной температуре жидкость плохо испаряется (поэтому на трубчатых кулерах процессор в режиме простоя горячее, чем на традиционных). 10
|
|
|
