Эффект тепловая трубка: Как влияют тепловые трубки охлаждения на эффективность кулера: распиливаем ID-Cooling SE-224M | Кулеры для процессора | Блог

Как влияют тепловые трубки охлаждения на эффективность кулера: распиливаем ID-Cooling SE-224M | Кулеры для процессора | Блог

Что будет, если распилить тепловые трубки системы охлаждения? Я решил «убить» свой подопытный кулер. А все ради любопытства. Не дают мне покоя его четыре красивые медные трубки, которые величественно пронизывают алюминиевые пластины радиатора. Что в них? Нет, теорию я читал, и видел картинки, на которых показаны внутренности тепловых трубок. Но бывает так, что в теории одно, а на практике все упрощают. Короче надо пилить, может там, в этих трубках, ничего и нет.

Тепло, вода и медные трубы

В настоящее время тепловые трубки широко применяются в конструкциях процессорных кулеров. Они позволяют не только эффективно переносить тепло от теплосъемника кулера к радиатору, но и распределять его по всему объему радиатора, что способствует хорошему рассеиванию теплоты в окружающее пространство. 

Как известно, процесс передачи тепла в трубке создается за счет находящейся внутри легкокипящей жидкости, которая испаряется на горячем конце трубки и конденсируется на холодном. Чтобы жидкость закипала при более низких температурах в трубке создается пониженное давление. Трубки должны быть герметичны. В качестве жидкости можно применять воду.

А действительно ли в массово продаваемых кулерах используются настоящие тепловые трубки? Или это обычные медные трубки, теплопроводности которых достаточно для передачи и распределения тепла в радиаторе без использования всяких эффектов испарения и конденсации?

В описываемом эксперименте я оценю охлаждающую способность кулера с четырьмя тепловыми трубками. Затем я разгерметизирую трубки и снова проверю эффективность охлаждения. Жаль кулер, но истина дороже.

Стенд для испытаний

Для того, чтобы не использовать процессор в качестве источника теплоты для тестирования кулера был собран стенд. Мощные резисторы нагревают алюминиевую пластину, внутри которой размещен датчик температуры, подключаемый к мультиметру. Данная пластина является в некотором роде прототипом крышки процессора.

Толщина пластины составляет аж целых 5 мм, это способствует равномерному распределению тепла по всему пятну соприкосновения теплосъемника кулера с пластиной.

Мощность, выделяемая резисторами может достигать 200 Вт. Напряжение на резисторы подается от регулируемого лабораторного блока питания.

Вентилятор кулера подключается к отдельному регулируемому источнику питания. Обороты вентилятора измеряются лазерным тахометром UT373.

Стенд позволяет оценивать охлаждающую способность кулеров без привязки к конкретному процессору. Это дает возможность объективно и не зависимо сравнивать их эффективность.

Определяем эффективность кулера с тепловыми трубками

Ну и, собственно, подопытный кулер. Это SE-224M от ID-Cooling с заявленным TDP 150 Вт. Он уже был героем двух публикаций: «Что будет если кулер использовать без термопасты» и «Термопасты. КПТ-8 против МХ-4 и зачем нужна теплопроводность». 

Итак, судя по внешнему виду, все четыре трубки герметичны и из них был откачан воздух, так как концы трубок развальцованы (ну, наверное). Устанавливаем кулер на стенд и измеряем температуру основания теплосъемника в зависимости от рассеиваемой мощности и оборотов вентилятора.

Номинальные характеристики зафиксированы. Трубки пока еще целые и невредимые.

Пилите Шура, пилите

Теперь будем пилить. Для начала была разгерметизирована одна трубка:

Внутри трубки можно увидеть пористую структуру. И это хорошо. Именно пористая структура позволяет жидкости под действием капиллярных сил перемещаться по трубке не зависимо от ее положения  в пространстве.

Кстати, при оценке охлаждающей способности кулера менялось его положение с вертикального на горизонтальное. Разницы в температуре не отмечалось.

Две или четыре, какая разница

Для определения охлаждающей способности кулера я распилил еще одну трубку и установил кулер на стенд. Что бы не перегружать график данными, сравнение температур я показал при вращении вентилятора со скоростью 900 об/мин. Считаю, что такие обороты вентилятора размером 120 мм оптимальны с точки зрения шума и воздушного потока для большинства моделей кулеров.

При рассеиваемой мощности в 100 Вт температура при двух неработающих трубках увеличилась всего на 3°C. При увеличении теплового потока она возрастает, но даже при 180 Вт разница составляет около 5°C.

Шеф, все пропало

Было сделано предположение, что эффективность тепловых трубок слишком преувеличена. И если разгерметизировать все четыре трубки, то эффективность кулера в целом останется на вполне нормальном уровне, и его можно будет использовать для охлаждения слабых процессоров.

И все трубки были разгерметизированы:

В результате кулер перестал функционировать как охладитель. Вернее, не совсем так. Возможно для охлаждения чипсета или SSD его можно использовать, но не более того.

Даже график было затруднительно строить. 

При мощности процессора в 60 Вт температура его крышки может достигнуть 100 °C. Как то многовато.

Выводы

Эффективность тепловых трубок сложно переоценить. Действительно, теплопроводности меди из которой изготовлены трубки, более чем недостаточно для передачи такого теплового потока к радиатору кулера. И используемый в трубках процесс переноса тепла за счет испарения жидкости и капиллярного эффекта дают потрясающую эффективность.

Поэтому если ваша система охлаждения с использованием тепловых трубок стала как-то плохо охлаждать, то одной из причин может быть как раз разгерметизация этих самых трубок.

Стоит отметить, что использование двух или четырех трубок не дают большой разницы в охлаждающей способности кулера при рассеиваемой мощности до 150–200 Вт. Но это уже совсем другая история.

Кастомное СЖО на шлангах и трубках | Жидкостное охлаждение | Блог

Вы впервые решили собрать кастомное СЖО? Задались вопросом — приобрести готовый набор или все купить по частям? С какими проблемами вы можете столкнуться? Какие ошибки можете допустить? Давайте разбираться.

Ошибки при покупке компонентов СЖО

Первое, что стоит учесть еще до покупки компонентов СЖО — это комплектующие компьютера, на которые они будут устанавливаться, а также на корпус, в котором они будут установлены. К каким последствиям приведет неправильный выбор?

При выборе водоблока для процессора или видеокарты, перед покупкой нужно тщательно читать описание характеристик компонентов СЖО и сверять их совместимость с комплектующими компьютера. Например, водоблоки для видеокарт, которые выглядят идентично на первый взгляд, могут быть на разные модели и для разных производителей:

Пример неподходящего водоблока для видеокарты:

Несовместимость компонентов СЖО с корпусом

Что может случиться с неправильно подобранными корпусом или компонентами СЖО для вашего корпуса? Они могут не поместиться или в них может отсутствовать крепление для компонентов СЖО. Чаще всего такая ошибка происходит при выборе радиатора. Поэтому перед покупкой нужно ознакомиться с информацией на сайте производителя или в документации к корпусу о том, какие радиаторы можно установить в него и какие размеры допускаются. Ведь помимо стандартных 120, 140, 240, 280, 360, 420 и т.д., они еще имеют дополнительную ширину и высоту для лучшего охлаждения или для дополнительных входных и выходных отверстий.

Пример из обзора когда особенности корпуса не позволяют правильно установить систему СВО:

Переплатить или сэкономить

Еще один немаловажный момент перед построением контура СЖО — выбор производителя компонентов для вашей СЖО. Покупать компоненты СЖО от малоизвестных брендов не рекомендуется, лучше взять от известных и проверенных годами производителей. Причина такого выбора — это минимальный шанс получить бракованный компонент СЖО. Также не стоит забывать о гарантии и замене компонента СЖО в случае заводского брака. А самый важный аргумент — у известных производителей есть отдел контроля и качества, который проверяет комплектующие на наличие дефектов и брака:

Все от одного производителя или от разных брендов?

Для первого раза рекомендуется использовать готовый набор СЖО. Производитель в готовом наборе подбирает все компоненты так, чтобы они идеально подходили друг к другу. Если же, по какой-либо причине, вам не нравится готовый набор, то рекомендуются все компоненты от одного производителя. При таком выборе шанс того, что какие-либо части СЖО будут несовместимы — крайне мал. При покупке гибких шлангов ошибку совершает тот, кто к ним подбирает фитинги для жестких трубок — собираем контур СЖО, а шланг не держится в фитинге. Ну и самое важное правило:

Трубки и фитинги должны быть одного размера.

Как пример, можно посмотреть на фитинги, которые выглядят практически одинаково, но один предназначен для мягких шлангов, а другой для твердых трубок:

Если же брать компоненты от разных производителей, то стоит более детально изучить их характеристики и совместимость. У разных производителей может быть разный диаметр трубок и фитингов.

Медный или алюминиевый радиатор

В описании радиатора указано «медь» или «алюминий». Что выбрать? По большому счету все зависит от вашего кошелька. Но медный радиатор при равных характеристиках отводит тепло чуточку лучше, чем алюминиевый, хотя стоит дороже. Однако стоит помнить, что если вы берете медный водоблок, то лучше, чтобы и радиатор был медный.

При использовании в контуре медного водоблока и алюминиевого радиатора, запускается процесс коррозии. Хотя, называть данный процесс коррозией не совсем верно, более корректно будет назвать «специфическим окислением» (при циркуляции жидкости на стенках металла образуются своеобразные наслоения неправильной формы, имеющие весьма прочную структуру). Он грозит частичным или полным засорением каналов и возможным выходом насоса из строя, но это в теории.

На практике такие системы могут без проблем работать годами, а могут выходить из строя спустя месяц. Производители СЖО выпускают специальные хладагенты с присадками, которые препятствуют процессу окисления, но каких либо детальных тестов с ними найти трудно.

Пример окисления медного никелерованного водоблока в котором хладогентом долгое время выступала дистиллированная вода без присадок:

Гибкие шланги

Вы все правильно выбрали и уже установили все комплектующие и часть компонентов СЖО. Остается красиво проложить трубки или шланги. И здесь у большинства людей возникают ошибки и проблемы. 

Для первой самостоятельной сборки кастомного СЖО рекомендуется использовать гибкие шланги, так как с ними легче работать, чем с жесткими трубками. Для самостоятельной работы со шлангами понадобятся: силиконовый шланг для трубок, острый нож или ножницы, и емкость с теплой водой. Силиконовый шланг нужен, чтобы отмерить расстояние от одного соединения фитингов до другого. Почему это важно? Шланги, по которым течет хладагент, не должны быть в натяжении, так как они могут отойти от фитинга, на котором держатся. Также они не должны быть согнуты пополам, так как это приведет к неравномерному потоку и быстрому износу шланга. Не должны они и провисать как лианы по всему корпусу и мешать естественному потоку воздуха.

Острый нож или ножницы помогут сделать качественный срез на шланге, что способствует плотной посадке на фитинге. Для упрощения установки шланга на компрессионный фитинг можно использовать емкость с теплой водой, в которую помещается кончик шланга для того, чтобы он стал мягче.

Жесткие трубки

Вы уже собрали несколько контуров кастомного СЖО на гибких трубках или решили, что вам больше подойдет контур на жестких трубках. Какие же тут могут возникнуть трудности? Сначала стоит определиться — из какого материала буду трубки: акрил (плексиглас) или PETG (полиэтилентерефталат), а может медь?

Если ваш выбор остановился на прозрачных трубках, то для первого раза рекомендуется брать PEGT-трубки. С ними легче работать, они более податливы для новичков. С акриловыми трубками работать сложнее — тут требуется определенная сноровка.

Для работы с прозрачными трубками понадобятся:

• силиконовый шланг,
• карандаш,
• специальные ножницы или инструмент для резки трубок,
• фаскосниматель или наждачка,
• лекала,
• строительный фен,
• емкость с мыльной водой,
• линейка. 

Силиконовый шланг и линейка помогут более точно отмерить расстояние от одного соединения фитинга до другого. Перед тем, как согнуть трубку или сделать отрез, стоит несколько раз все измерить и убедиться, что все размеры верны. Также силиконовый шланг и емкость с мыльной водой нужны для того, чтобы  шланг легче вытаскивался после нагрева трубки. А еще в мыльном растворе можно быстрее охладить место сгиба трубок. Не вытаскивайте силиконовый шланг до тех пор, пока трубка полностью не остынет. 

Строительный фен служит для нагрева места сгиба трубок. Основные правила нагрева:

• Нагревать нужно не только место сгиба, но и прилегающую к месту сгиба часть трубки.
• Важно не перегревать трубку, так как она может начать пузыриться или лопнуть.
• Нагрев должен осуществляться по всей площади равномерно, поэтому трубку стоит перемещать относительно фена и крутить в руках.
• Если же нагревать трубку без силиконового шланга, то она просто сомнется  в руках, как только вы ее начнете гнуть.
• Гнуть трубку стоит только тогда, когда место сгиба будет достаточно прогрето, и вы почувствуете, что ее можете легко согнуть.Для того чтобы изгиб трубки был ровным, можно воспользоваться лекалом или же углом стола и зафиксировать руками место сгиба до полного остывания трубки.

Лекала, заказанные из китайских магазинов, не всегда имеют тот угол, который нужен, поэтому рекомендуется использовать лекала от производителя, который делает трубки. Еще угол поворота трубок с помощью лекал будет немного отличаться от угла, который вы сделаете с помощью стола или на глаз. 

Фаскосниматель или наждачка помогут убрать заусенцы после резки трубок. Если вы не уберете заусенцы, то можете повредить уплотнительные кольца фитингов. Также важно помнить, что срез должен быть прямой, а трубка должна плотно прилегать к фитингу, поэтому, прежде чем отрезать, перепроверьте все несколько раз. С первого раза с жесткими трубками может что-то не получиться, поэтому чтобы лишний раз не бегать в магазин, лучше взять несколько трубок на запас. 

Для первой сборки контура на жестких трубках не рекомендуется делать больше одного сгиба на одной трубке. Рассчитать правильное место сгиба будет сложно из-за нехватки опыта.

Чтобы не делать кучу сгибов на одной трубке, можно воспользоваться всевозможными переходниками, удлинителями и угловыми фитингами. 

Для работы с медными трубками придется воспользоваться пилой по металлу,  наждачкой, трубогибом или же купить кучу переходных фитингов,  или искать уже согнутые под нужным углом трубки. Выглядеть данная сборка на таких трубках будет эффектно, но новичкам она будет сложна.

Какую жидкость использовать в контуре СЖО

Использовать можно любую готовую жидкость для СЖО или концентрат/краситель, а затем смешать его с дистиллированной водой. Хладагент рекомендуется осмотреть на наличие инородных тел в нем, перед заливкой в контур СЖО. Проще всего перелить хладагент в чистую емкость, размешать, накрыть пищевой пленкой и оставить на пару часов и посмотреть — не будет ли осадка и других инородных тел в хладагенте, а потом уже заливать в контур.

Перед заливкой хладагента в контур рекомендуется еще раз проверить все соединения фитингов с компонентами СЖО, а также отключить питание от материнской платы, процессора, видеокарты и других компонентов ПК, оставив питание только на помпе. Для проверки герметичности всех соединений, рекомендуется использовать EK-Leak Tester. Если же по каким-то причинам его у вас нет, то стоит подложить бумажные полотенца под все места соединений фитингов и потом заливать хладагент. Делать его лучше с помощью специальных бутылочек наподобие Filling Bottle или же с помощью шприца. В некоторых резервуарах для хладагента в крышке имеются два отверстия под фитинг, в одном из них есть трубка (Internal tube). Заливать хладагент через данную трубку не нужно, так как она служит для того, чтобы жидкость, которая поступает резервуар через данную трубку, не пенилась и не засоряла контур СЖО. Заливать необходимо через соседнее отверстие.

Помпа (насос) не должна работать на сухую, так как она может перегреться и выйти из строя. Хладагент  выполняет роль смазки при работе помпы.

Для того, чтобы удобно было слить хладагент (для чистки контура или его замены), стоит установить краник в нижней точке контура СЖО таким образом, чтобы он не мешал, а также к нему был по возможности легкий доступ. О краниках часто забывают при построении контура, но в дальнейшем он сильно облегчает жизнь.

Итоги

В заключении стоит выделить несколько основных тезисов:

• В корпусе должны помещаться все элементы кастомного СЖО.
• Элементы СЖО должны подходить к компонентам охлаждения.
• Трубки и фитинги должны быть одного размера.
• Фитинги для мягких шлангов должны использоваться только со шлангами, а фитинги для твердых трубок — только с ними.
• При построении контура стоит учитывать количество сгибов на одной трубке и, в случае необходимости, использовать дополнительные компоненты СЖО.
• Перед заливкой хладагента в контур СЖО стоит проверить все места соединений на наличие протечек.
• В хладагенте не должно быть мусора и осадков.
• Помпа (насос) не должна работать на сухую. 

Чем КТТ отличаются от обычных тепловых труб и как их применять

Июнь 2016-го. Остров Чеджу, Южная Корея. Третий день международной конференции по тепловым трубам. Во время перерыва подходят два китайца:

– Здравствуйте! А вы из Теркона?
– Из Теркона.
– А правда, что у вас Юрий Фольевич работает, Майданик?
– Правда.
– И что, он здесь?
– Здесь.
– Дак он еще и живой? И что, можно с ним сфотографироваться?
– Конечно.

Так с нашим Юрием Фольевичем в тот день сфотографировалось несколько десятков китайцев. Сначала вместо двух пришла группа из двадцати человек. Потом они еще видимо другим китайцам сказали и еще пара групп поменьше приходила посмотреть на живого ученого.

В этой статье — краткий экскурс в историю появления КТТ, чем КТТ отличаются от простых тепловых труб, серия коротких видеороликов о том, как применять КТТ.

История КТТ

Юрий Фольевич стоял у истока появления контурных тепловых труб (КТТ), изобретенных в тогда ещё Свердловске в начале 1970-х. Уже более четверти века КТТ успешно применяются в космической промышленности. Более 500 КТТ запущены и успешно эксплуатируются на борту космических аппаратов России, США, Китая, Европы.

В середине 2000-х появилась идея использования КТТ где-то не в космосе, а поближе. В гражданских продуктах. Для этого нужно было решить два вопроса — уменьшить размеры КТТ и наладить серийное производство. Космические КТТ были большими (труба толщиной с человеческую руку — обычное явление) и изготавливались индивидуально, штучно, под каждый конкретный космический аппарат. Так появилось предприятие «Теркон-КТТ».

Тепловые трубы

Обычные тепловые трубы (ТТ) сегодня — знакомая всем технология. Они применяются практически в каждом современном компьютере. Будь то настольный ПК или ноутбук. Тепловые трубы используются для переноса тепла от источника к радиатору. Когда невозможно или не удобно разместить радиатор сразу на источнике тепла.

ТТ были дважды (!) изобретены в США. Сначала Гоглером в General Motors Corporation. Затем доктором Гровером из Лос-Аламосской национальной лаборатории. Суть внутреннего устройств ТТ и принцип ее работы:

То есть ТТ — отрезок трубы со сложной внутренней структурой. Когда с одной стороны трубы происходит нагрев, тепло по центральному каналу переходит в виде пара на другой конец трубы. Затем по сложной капиллярной структуре внутренних стен трубы остывающая жидкость возвращается обратно. Цикл повторяется.

Каждая ТТ может передавать ограниченное количество тепла. Для того, чтобы передать больше тепла, используют несколько параллельных ТТ.

Ограничения применения ТТ:

1. Небольшое расстояние теплопереноса. В условиях земной гравитации, при вертикальном размещении, ТТ работает эффективно при длине до 25 см.
2. Мощность. Если нужно передать много тепла, не всегда получается использовать столько параллельных труб, сколько необходимо.
3. Конфигурация. Каждый изгиб ТТ заметно влияет на ее эффективность. Сложная внутренняя структура трубки разрушается при изгибах. Соответственно, если требуется сделать несколько крутых изгибов, применение ТТ может стать нецелесообразно из-за большой потери эффективности.

Контурные тепловые трубы

КТТ — замкнутая система. Это не отрезок трубы.

КТТ состоит из испарителя и паропровода. Вся сложная начинка находится в испарителе. Паропровод же — обычная труба. При изгибах паропровода не происходит какого-либо значительного падения эффективности теплопередачи.

Обычно используется жесткая нагартованная труба из нержавеющей стали. Для сгиба контура применяются специальный трубогиб, чтобы не допустить перелома трубы. Так же возможно применение ненагартованной трубы из нержавеющей стали или из меди. Такой контур легко гнется руками, риск перелома трубы минимален. Даже настолько изогнутая КТТ остается вполне работоспособной:

Испаритель монтируется к источнику тепла. Средний отрезок паропровода монтируется змейкой внутри радиатора, для увеличения площади контакта.

Применение КТТ

Типовой сценарий появления КТТ-охлаждения в устройстве заказчика:

1. Заказчик решает, что обычные системы охлаждения не позволяют функционировать его устройству с требуемым уровнем эффективности. Либо конструктив устройства не позволяет эффективно решить задачу теплообмена.
2. Наши специалисты уточняют у заказчика все существенные условия функционирования его устройства.
3. Если это допустимо и может принести ощутимую пользу, мы рекомендуем заказчику внести изменения в конструктив устройства. Для более эффективной работы системы охлаждения.
4. Проектируется система охлаждения на базе КТТ. Моделируется пространственная конфигурация контура охлаждения. Выбирается тип испарителя.
5. На основе разработанной документации изготавливается опытный образец системы охлаждения.
6. После удачных экспериментов с опытным образцом изготавливается серия КТТ для конкретного устройства заказчика.

Применение КТТ. DIY-сценарий

Типовой сценарий, описанный выше, характерен для относительно больших заказчиков. Моделирование и опытные образцы могут стоить вполне заметных денег. Но есть и второй путь.

Кроме заказных разработок в ассортименте нашей компании есть так называемые «стандартные КТТ». Это набор контурных тепловых труб нескольких типовых конфигураций. Они обычно есть в наличии и относительно недорого их можно приобрести поштучно для своих экспериментов.

Понимая правила работы с КТТ вполне реально на базе таких стандартных труб сделать самостоятельно систему охлаждения для своего малосерийного (или вообще штучного) изделия.

Посмотреть доступные к приобретению варианты стандартных КТТ можно у нас на сайте. А понять основные правила работы с ними можно, посмотрев наш мини-сериал в заключительной части этой статьи.

Чем КТТ отличаются от обычных тепловых труб и как их применять

Июнь 2016-го. Остров Чеджу, Южная Корея. Третий день международной конференции по тепловым трубам. Во время перерыва подходят два китайца:

– Здравствуйте! А вы из Теркона?
– Из Теркона.
– А правда, что у вас Юрий Фольевич работает, Майданик?
– Правда.
– И что, он здесь?
– Здесь.
– Дак он еще и живой? И что, можно с ним сфотографироваться?
– Конечно.

Так с нашим Юрием Фольевичем в тот день сфотографировалось несколько десятков китайцев. Сначала вместо двух пришла группа из двадцати человек. Потом они еще видимо другим китайцам сказали и еще пара групп поменьше приходила посмотреть на живого ученого.

В этой статье — краткий экскурс в историю появления КТТ, чем КТТ отличаются от простых тепловых труб, серия коротких видеороликов о том, как применять КТТ.

История КТТ

Юрий Фольевич стоял у истока появления контурных тепловых труб (КТТ), изобретенных в тогда ещё Свердловске в начале 1970-х. Уже более четверти века КТТ успешно применяются в космической промышленности. Более 500 КТТ запущены и успешно эксплуатируются на борту космических аппаратов России, США, Китая, Европы.

В середине 2000-х появилась идея использования КТТ где-то не в космосе, а поближе. В гражданских продуктах. Для этого нужно было решить два вопроса — уменьшить размеры КТТ и наладить серийное производство. Космические КТТ были большими (труба толщиной с человеческую руку — обычное явление) и изготавливались индивидуально, штучно, под каждый конкретный космический аппарат. Так появилось предприятие «Теркон-КТТ».

Тепловые трубы

Обычные тепловые трубы (ТТ) сегодня — знакомая всем технология. Они применяются практически в каждом современном компьютере. Будь то настольный ПК или ноутбук. Тепловые трубы используются для переноса тепла от источника к радиатору. Когда невозможно или не удобно разместить радиатор сразу на источнике тепла.

ТТ были дважды (!) изобретены в США. Сначала Гоглером в General Motors Corporation. Затем доктором Гровером из Лос-Аламосской национальной лаборатории. Суть внутреннего устройств ТТ и принцип ее работы:

То есть ТТ — отрезок трубы со сложной внутренней структурой. Когда с одной стороны трубы происходит нагрев, тепло по центральному каналу переходит в виде пара на другой конец трубы. Затем по сложной капиллярной структуре внутренних стен трубы остывающая жидкость возвращается обратно. Цикл повторяется.

Каждая ТТ может передавать ограниченное количество тепла. Для того, чтобы передать больше тепла, используют несколько параллельных ТТ.

Ограничения применения ТТ:

1. Небольшое расстояние теплопереноса. В условиях земной гравитации, при вертикальном размещении, ТТ работает эффективно при длине до 25 см.
2. Мощность. Если нужно передать много тепла, не всегда получается использовать столько параллельных труб, сколько необходимо.
3. Конфигурация. Каждый изгиб ТТ заметно влияет на ее эффективность. Сложная внутренняя структура трубки разрушается при изгибах. Соответственно, если требуется сделать несколько крутых изгибов, применение ТТ может стать нецелесообразно из-за большой потери эффективности.

Контурные тепловые трубы

КТТ — замкнутая система. Это не отрезок трубы.

КТТ состоит из испарителя и паропровода. Вся сложная начинка находится в испарителе. Паропровод же — обычная труба. При изгибах паропровода не происходит какого-либо значительного падения эффективности теплопередачи.

Обычно используется жесткая нагартованная труба из нержавеющей стали. Для сгиба контура применяются специальный трубогиб, чтобы не допустить перелома трубы. Так же возможно применение ненагартованной трубы из нержавеющей стали или из меди. Такой контур легко гнется руками, риск перелома трубы минимален. Даже настолько изогнутая КТТ остается вполне работоспособной:

Испаритель монтируется к источнику тепла. Средний отрезок паропровода монтируется змейкой внутри радиатора, для увеличения площади контакта.

Применение КТТ

Типовой сценарий появления КТТ-охлаждения в устройстве заказчика:

1. Заказчик решает, что обычные системы охлаждения не позволяют функционировать его устройству с требуемым уровнем эффективности. Либо конструктив устройства не позволяет эффективно решить задачу теплообмена.
2. Наши специалисты уточняют у заказчика все существенные условия функционирования его устройства.
3. Если это допустимо и может принести ощутимую пользу, мы рекомендуем заказчику внести изменения в конструктив устройства. Для более эффективной работы системы охлаждения.
4. Проектируется система охлаждения на базе КТТ. Моделируется пространственная конфигурация контура охлаждения. Выбирается тип испарителя.
5. На основе разработанной документации изготавливается опытный образец системы охлаждения.
6. После удачных экспериментов с опытным образцом изготавливается серия КТТ для конкретного устройства заказчика.

Применение КТТ. DIY-сценарий

Типовой сценарий, описанный выше, характерен для относительно больших заказчиков. Моделирование и опытные образцы могут стоить вполне заметных денег. Но есть и второй путь.

Кроме заказных разработок в ассортименте нашей компании есть так называемые «стандартные КТТ». Это набор контурных тепловых труб нескольких типовых конфигураций. Они обычно есть в наличии и относительно недорого их можно приобрести поштучно для своих экспериментов.

Понимая правила работы с КТТ вполне реально на базе таких стандартных труб сделать самостоятельно систему охлаждения для своего малосерийного (или вообще штучного) изделия.

Посмотреть доступные к приобретению варианты стандартных КТТ можно у нас на сайте. А понять основные правила работы с ними можно, посмотрев наш мини-сериал в заключительной части этой статьи.

принцип действия 🚩 Квартира и дача 🚩 Другое

Патент на концепцию тепловой трубки капиллярного типа был получен представителем компании General Motors еще в 1942 году. Через два десятилетия идея получила принципиальное дальнейшее развитие. В 1963 году американец Дж. Грувер из лаборатории в Лос-Аламосе наглядно продемонстрировал эффективность такой конструкции.

Принцип действия тепловой трубы сравнительно прост и понятен даже человеку, далекому от физики. Достаточно усвоить, что жидкости при испарении поглощают тепловую энергию, а в момент конденсации активно ее отдают.

Самое простое устройство такого типа представляет запаянную с обеих сторон трубку, внутри которой находится летучая жидкость. Если нагреть одну сторону устройства, жидкость начнет испаряться. При этом пар конденсируется на противоположном конце трубки. Затем жидкость самотеком возвращается к источнику тепла. Цикл может повторяться многократно.

Работа тепловой трубы самого распространенного типа происходит так. К трубе подводится тепло, которое передается через корпус к теплоносителю за счет теплопроводности. Жидкость, смачивающая находящийся внутри особый фитиль, испаряется. В дальнейшем жидкость конденсируется в зоне отвода тепла, что ведет к затоплению фитиля. Различие капиллярных давлений в двух разных зонах тепловой трубы ведет к появлению перепада давлений. Система превращается в своеобразный «капиллярный насос». Кроме капиллярных сил при работе трубы могут действовать так называемые массовые силы: электромагнитные, центробежные, гравитационные. Их действие способно как улучшать циркуляцию в трубе, так и затруднять ее.

Тепловая труба с гладкими стенками может эффективно работать только в одном положении – когда источник тепла располагается возле нижнего конца трубы, находящейся под наклоном.

Изобретатели доработали конструкцию, дав трубке возможность функционировать практически в любом положении. Для этого оказалось достаточным поместить внутрь устройства так называемый фитиль. Им может стать любой материал, имеющий «развитую» поверхность. При этом конденсированная жидкость будет иметь возможность перемещаться по фитилю за счет капиллярного эффекта при самых разных положениях трубки.

Тепловая труба обрела заслуженную популярность в самых разных отраслях техники, включая довольно специфические области. Устройство такого типа обладает очень высокой теплопроводностью, многократно превышающей эту характеристику у меди. Тепловая труба способна передавать тепло на большое расстояние при небольшом поперечном сечении, в то время как у металлического прута способность передавать тепловую энергию снижается пропорционально отношению сечения к длине.

Скорость передачи тепла в трубке очень высока и ограничивается только скоростью испарения теплоносителя и темпами его конденсации.

Тепловая труба способна работать в произвольном температурном режиме. Если правильно подобрать теплоноситель, трубку можно применять при температуре как около +300 градусов Цельсия, так и при температурах, приближающихся к абсолютному нулю, что делает такую систему пригодной для использования в космической технике.

Устройство, использующее описанный выше принцип работы, будет долговечным. Ничто не ограничивает срок эксплуатации тепловой трубы, поскольку ни металл трубы, ни фитиль, ни теплоноситель не изнашиваются.

Отказоустойчивость тепловой трубки поразительна, ведь в данной простой конструкции просто нечему ломаться. Трубка будет работать до тех пор, пока справедливы законы физики.

С теоретической точки зрения тепловая труба представляет собой испарительно-конденсационное устройство, используемое для передачи тепла, где происходит перенос теплоты парообразования посредством испарения жидкости в зоне поступления тепла и конденсации паров в области теплоотвода. Замкнутый цикл работы теплоносителя обычно поддерживается действием капиллярных сил.

Параметрами тепловой трубы можно управлять, меняя в ней давление. Это даст возможность теплоносителю совершать переход из одной фазы в другую в требуемом температурном режиме.

Существуют определенные требования к элементам конструкции тепловой трубы. Например, используемая в трубке жидкость не должна быть подвержена разложению, не должна вступать в химическую реакцию с материалом, из которого выполнены сама трубка и фитиль. Оболочку трубы предпочтительнее делать из материала с высокой теплопроводностью. Фитиль и трубка должны хорошо смачиваться теплоносителем.

Материалом корпуса тепловой трубы обычно становятся медь, алюминий, сталь разного типа.

Фитиль в тепловой трубе насыщен жидкой фазой теплоносителя. Фитилем могут стать не только сетчатые, но и спеченные пористые вещественные структуры, равно как и особые канавки на внутренней поверхности трубки, перфорированные экраны и так далее. Главное, чтобы структура фитиля позволяла переносить жидкость из зоны конденсации в область нагрева за счет капиллярных сил.

В настоящее время фитиль чаще всего выполняется из металла. Этот элемент конструкции имеет вид сетки или делается сплетенным из очень тонкой проволоки; такое техническое решение получило название металлического войлока.

Теплоносителем в этой системе могут выступать вода, ацетон, спирт, ацетон, фреоны. В тех трубках, которым приходится работать в необычных режимах температур, могут использоваться натрий, ртуть, жидкий гелий или серебро. Главное требование к теплоносителю: это должно быть чистое в химическом смысле вещество или соединение, которое способно выступать как в жидкой, так и в паровой фазе, а также обладать смачивающим эффектом.

Тепловые трубы получили широкое распространение не только в системах отопления домов, но также в технологических схемах охлаждения компонентов современных компьютеров (процессоров, видеокарт). Преимущество тепловой трубы в данном случае определяется тем, что появляется возможность снять с кристалла малой площади максимум тепла и рассеять его на радиаторе с большим числом ребер.

Тепловые трубы в охлаждении | Основы электроакустики

 Тепловая трубка, теплотрубка (англ. heat pipe) — 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
• с пористым покрытием изнутри. 

 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 г., который позднее запатентовал идею. Преимущества капиллярных систем были также независимо проработаны и продемонстрированы Джорджом Грувером (George Grover) из Лос-Аламосской национальной лаборатории в 1963 году и впоследствии 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.

 

Тепловая труба – это устройство с высокой эффективной теплопроводностью, во много раз превышающей теплопроводность серебра, меди и алюминия.

 

По существу тепловые трубы представляют собой мосты, позволяющие передавать энергию на некоторое расстояние без помощи нагнетателей.

 

Высокая теплопроводность достигается в результате испарения и конденсации рабочей жидкости, т.е. изменения агрегатного состояния вещества.

 

В простейшей форме тепловая трубка – герметичный сосуд, в котором тепло передаётся горячего источника к холодному при помощи замкнутого испарительно-конденсационного цикла.

 

Внутренняя полость сосуда частично заполнена жидкостью.

 

Труба должна работать в вертикальном или наклонном положении и терло должно подводиться к нижней её части.

 

Это существенный недостаток, т.к. он не позволяет использовать подобные тепловые трубы на транспорте, когда пространственная ориентация не определена строго.

 

В настоящее время для возвращения жидкости используется капиллярный эффект, который создаётся применением капиллярно-пористой структуры.

 

В этом случае жидкость впитывается в зоне конденсации и передаётся в зону испарения независимо от пространственной ориентации тепловой трубы.

 

В зависимости от разности температур, в которой работает тепловая труба, различают:

• — высокотемпературные (1000..2000К)
• — среднетемпературные (500..1000К)
• — низкотемпературные (273..500К)
• — криогенные (0..273К)

 

В качестве теплоносителя используют воду, аммиак или органические жидкости.

 

Для оптимизации тепловой трубы необходимо стремиться к выбору жидкости с малой вязкостью, большим значением плотности поверхностного натяжения и скрытой теплоты парообразования.

 

% PDF-1.3 % 296 0 объект > endobj xref 296 71 0000000016 00000 н. 0000001789 00000 н. 0000001978 00000 н. 0000002130 00000 н. 0000002268 00000 н. 0000002926 00000 н. 0000003448 00000 н. 0000003608 00000 н. 0000003771 00000 н. 0000003802 00000 н. 0000004418 00000 н. 0000004577 00000 н. 0000005140 00000 н. 0000005171 00000 п. 0000005202 00000 н. 0000005612 00000 н. 0000005635 00000 н. 0000007027 00000 н. 0000007058 00000 н. 0000007621 00000 н. 0000007788 00000 н. 0000007811 00000 п. 0000009028 00000 н. 0000009051 00000 н. 0000010292 00000 п. 0000010315 00000 п. 0000011618 00000 п. 0000011641 00000 п. 0000012879 00000 п. 0000012902 00000 п. 0000014098 00000 п. 0000014129 00000 п. 0000014547 00000 п. 0000014708 00000 п. 0000014731 00000 п. 0000016003 00000 п. 0000016026 00000 п. 0000017198 00000 п. 0000017431 00000 п. 0000017454 00000 п. 0000017476 00000 п. 0000018190 00000 п. 0000018269 00000 п. 0000021753 00000 п. 0000022105 00000 п. 0000022127 00000 п. 0000022366 00000 п. 0000026352 00000 п. 0000026375 00000 п. 0000026454 00000 п. 0000027256 00000 п. 0000027335 00000 п. 0000027357 00000 п. 0000028100 00000 п. 0000028123 00000 п. 0000028145 00000 п. 0000028582 00000 п. Oix) / П -44 / V 1 / Длина 40 >> endobj 299 0 объект > endobj 300 0 объект > endobj 365 0 объект > поток ћ’êEb6hj% 16Lfʄ) Kdx aV {8vbA8i ‘? «} j? vF # x> l 㹳 cF}; 7΀4 + P3TXXE] + ɥKhsC`E ַ B’υD @ U ߀ Cst9 +? 0 * q; c

Cryorig Set для выявления двойных тепловых трубок Frostbit M.2 SSD Cooler

В связи с постоянно бушующими спорами о взаимосвязи высоких температур и дросселировании производительности твердотельных накопителей M.2, которая является горячей темой, Cryorig намеревается представить на Computex 2018 интересное и агрессивное решение для охлаждения на базе M.2 SSD: Frostbit M .2 Кулер SSD.

Cryorig Frostbit M.2 SSD Cooler — это первый массовый охладитель M.2 с двойной конструкцией тепловых трубок, вес 56 г и максимальный показатель рассеивания тепла 12 Вт.12 Вт — это намного больше, чем любой обычный SSD, поэтому при хорошем контакте этот кулер, безусловно, будет излишним. Тех, кого беспокоят препятствия из-за больших графических процессоров, особенно тех, которые расположены непосредственно над слотом M.2, следует отметить, что большая медная тепловая трубка на Frostbit позволяет регулировать (как показано на рисунке ниже). Вторая тепловая трубка меньшего размера встроена в основание кулера, что означает, что задача тепловых трубок большего размера (6 мм) заключается в перемещении и направлении тепла в цилиндрический конец с пассивным охлаждением, состоящий из 38 ребер.

Для эффективного функционирования потребуется некоторая степень пассивного воздушного потока для обеспечения оптимальной работы, особенно во время длительных и трудных задач, таких как передача больших объемов данных.

Фактический размер радиатора составляет 72 x 27,3 x 57 мм (Д x Ш x Г), что представляет проблему только для твердотельных накопителей M.2 длиной 110 мм и более. Это связано с конструкцией ядра, так как Frostbit предназначен только для покрытия компонентов на печатной плате твердотельного накопителя M.2, чтобы не мешать крепежному винту или интерфейсу на любом конце диска 2280.

Конкретные подробности относительно доступности и цены Cryorig Frostbit в настоящее время неизвестны, хотя ожидается, что более подробная информация будет объявлена ​​на предстоящей выставке Computex 2018 в Тайбэе, Тайвань, которая пройдет с 5 по 9 июня 2018 года.

Ссылки по теме

Руководство по радиатору: информация о тепловых трубках

Руководство по радиаторам: информация о тепловых трубках

РУКОВОДСТВО ПО ОТОПИТЕЛЮ: Информация о тепловых трубках

Введение

Дни, когда тепловые трубы в основном использовались для выравнивания температуры в космических аппаратах и ​​спутниках, прошли.В наше время, мы обычно находим тепловые трубки в ноутбуках, игровых консолях и даже интегрированы в обычные кулеры ЦП ПК. Один Причина роста популярности заключается в том, что цены резко упали, поскольку производители крупносерийной продукции для охлаждения например, у Asia Vital Components теперь есть собственные мощности по производству тепловых труб, и производство тепловых труб больше не зарезервировано для нескольких специализированных компаний.

Когда дело доходит до охлаждения ПК, «тепловая трубка» стала модным словом; но все же мало кто понимает, как работают тепловые трубки, и какие факторы необходимо учитывать при использовании системы охлаждения на основе тепловых трубок.Эта статья должна дать некоторые пояснения.

Что такое тепловые трубки?

Тепловая трубка — это устройство с чрезвычайно высокой теплопроводностью, которое используется для передачи тепла. Для этого В тепловых трубках используются простые физические эффекты:
При испарении жидкости энергия в виде тепла должна отбираться из окружающей среды. Следовательно, испаряющаяся жидкость охладит окружающую территорию. Вот так тепловая трубка эффективно охлаждает источник тепла. Однако это не избавляет жара; тепло просто переносится паром.На целевой стороне для переноса тепла тепловая труба должна охлаждаться, чтобы пример с радиатором. Здесь имеет место обратный эффект: жидкость конденсируется и поэтому выделяет тепло.

Использование Эти эффекты позволяют построить тепловые трубки с теплопроводностью во много тысяч раз выше. чем кусок меди того же размера. Обратите внимание, что в отличие от элементов Пельтье, тепловая трубка не потребляют энергию и не производят тепло. Также невозможно охладить устройство ниже температуры окружающей среды с помощью тепловой трубки.

Тепловая трубка производства Thermacore

Проектирование тепловых труб и проблемы, связанные с тепловыми трубками

Звучит здорово? Конечно, но нужно учесть несколько моментов. Чтобы понять проблемы, связанные с тепловыми трубками, посмотрим на простой модельной тепловой трубке, которая на самом деле больше похожа на термосифон.

Следуя пояснениям в предыдущем абзаце, вы можете представить себе простое устройство: A закрытая металлическая трубка вертикальной ориентации, заполненная небольшим количеством воды, и установленный на ее верхней стороне радиатор.Если вы приложите источник тепла к нижней стороне, вода испарится, охлаждая источник тепла. Пар поднимется вверх, и конденсируется около радиатора сверху. Оттуда вода будет стекать на дно, снова испаряться и т. Д.
На этой простой модели уже показаны общие проблемы, связанные с технологией тепловых труб:

Применение тепловых трубок

Учитывая отличную теплопроводность тепловых трубок, тепловые трубки особенно подходят для двух ситуаций:

• В условиях ограниченного пространства — в ноутбуках, игровых консолях, домашних кинотеатрах это обычная ситуация что из-за нехватки места невозможно установить радиатор непосредственно в том месте, где выделяется тепло (то есть на ЦП).Вот, тепловая трубка может направлять тепло в место, где доступно больше места для радиатора.
• Для улучшения теплопередачи внутри радиатор . Тепловые трубки могут использоваться в конструкции радиатора для повышения производительности, за счет оптимизации теплопроводности в конструкции радиатора. Таким образом, тепло более эффективно отводится от область контакта с процессором, с внешними частями радиатора, где происходит охлаждение. Однако были кулеры для ПК, где Кажется, что использование тепловой трубки было скорее маркетинговым аргументом, чем технической необходимостью.Тепловые трубки, используемые в процессоре ПК охладители — это обычно недорогие устройства с низким капиллярным действием. Учитывая это, использование тепловой трубки на кулере процессора, особенно при установке в корпусе Tower (вертикальная ориентация тепловой трубки), вызывает сомнения.

Необычный кулер на тепловых трубках от Taisol (подробный вид):
В этой конструкции вентилятор расположен на между процессором и радиатором и выдувает воздух
от процессора через радиатор. Передача тепла от процессора к радиатору
осуществляется по тепловым трубкам.

Заключение

При правильном использовании тепловые трубки могут творить чудеса. Однако они, безусловно, не являются окончательным решением для всех, связанных с охлаждением. проблемы. В связи с рядом факторов, которые следует учитывать при установке тепловых трубок, мой совет: используйте готовые тепловые трубки. кулеры только в том случае, если вы абсолютно уверены, что они подходят для вашей конкретной проблемы с охлаждением. Не пытайтесь построить свой собственный на основе тепловых трубок. система охлаждения, если вы действительно не знаете, что делаете.

Если вы сочли эту статью недостаточно технической и упустили детали и подробную информацию, посетите http: // www.cheresources.com/htpipes.shtml. В этом В отличной статье вы найдете более научный подход к технологии тепловых труб.

Авторские права на все страницы © 1997-2010 Tillmann Steinbrecher
Юридическая информация / Заявление об ограничении ответственности / Выходные данные

Строительство тепловых трубок своими руками

Когда-то секретный инструмент проектирования для аэрокосмических дизайнеров, тепловая трубка теперь стала обычным приспособлением благодаря требованиям охлаждения ЦП ПК. Тепловые трубки могут передавать много энергии с горячей стороны на холодную и полезны, когда вам нужно охладить что-то, где по какой-то причине невозможно установить вентилятор рядом с горячей частью.В отличие от активного охлаждения, тепловая трубка также не требует внешнего питания или насосов.

[Джеймс Биггар] строит свои собственные тепловые трубки из медных труб. Вы можете посмотреть видео, как создается один из них, ниже. В этом нет ничего особенного, просто медная труба с небольшим количеством воды. Однако [Джеймс] доводит воду до кипения, чтобы снизить давление в трубке, прежде чем запечатать ее, что является интересной уловкой.

Одно из ограничений его техники — отсутствие внутреннего фитиля. Это означает, что трубку можно устанавливать только вертикально.Если вы раньше не смотрели на тепловые трубки, у большинства из них есть фитиль. По идее, в трубе находится какая-то рабочая жидкость. Вы выбираете эту жидкость так, чтобы она кипела при температуре, с которой вы хотите работать, или ниже. Горячий пар устремляется к холодной стороне трубы (переносящей тепло), где у вас есть большой радиатор, который может иметь вентилятор или активную систему охлаждения. Пар конденсируется и — в этом случае — падает обратно на дно трубки. Однако, если есть фитиль, капиллярное действие вернет жидкость к горячему концу трубки.

Вы можете подумать, что использование воды в качестве рабочей жидкости ограничит вас до 100 ° C, но помните, что техника [Джеймса] снижает давление в трубке. При более низком давлении вода закипит при более низкой температуре.

Мы уже видели тепловые трубки и охладители вина, используемые для охлаждения ПК. Фактически, мы даже видели их в сборках компьютеров без вентилятора.

Что такое радиаторы ЦП: выбор лучшего кулера ЦП | ГеймерыNexus

Как работает радиатор?

Эффективная конструкция тепловых трубок, конечно, значительно сложнее, чем приклеивание медного кирпича к полупроводнику.Большая часть работы радиатора процессора происходит внутри медных тепловых трубок, которые часто используют фазовые изменения материала и капиллярное действие для охлаждения микропроцессоров, но прежде чем мы углубимся в подробности, давайте рассмотрим основы:

Радиатор предназначен для отвода тепла от горячего нижележащего кристалла, который выделяет тепло в результате его (относительно) высокой частоты и электрического тока, протекающего через ядра; Повышение стабильности ядра за счет усиления напряжения (в виде vCore) будет выделять еще больше тепла, поэтому в приложениях для разгона особенно заметны радиаторы вторичного рынка.Стандартные радиаторы намного проще, чем продукты вторичного рынка, которые мы рассматриваем, поэтому в этой статье мы сосредоточимся почти полностью на технологиях охлаждения вторичного рынка. Стандартные раковины, как правило, состоят из установленного сверху вентилятора, алюминиевых ребер и плоского медного основания — это далеко от заполненных жидкостью, спеченных / рифленых медных тепловых трубок, которые используются в радиаторах вторичного рынка.

Благодаря сочетанию этих тепловых трубок, конструкции вентилятора, которая минимизирует сопротивление воздуха, алюминиевые или медные ребра для увеличения площади поверхности, а также интерфейсы с высокой теплопроводностью, радиаторы и кулеры могут отводить тепло от поверхности процессора и выводить его обратно. или верх корпуса.Многое из этого сводится к термодинамике и наукам, относящимся к теплопроводности и материаловедению, которые мы рассмотрим на самом верхнем уровне в следующем разделе (см. Материалы и теплопроводность).

Мы собрали изображение ниже, чтобы помочь вам познакомиться с внутренним устройством радиатора ЦП и связанной с ним терминологией:

Анатомия радиатора. Это Respire T40 от NZXT — нажмите, чтобы увеличить.

На этом рисунке показаны все основные элементы кулера ЦП.По большей части действие происходит в тепловых трубках, но мы также сталкиваемся с фактическим радиатором, общей площадью поверхности, технологией контакта, используемой для передачи тепла трубкам, и расположением вентилятора.

Трубопровод охлаждения радиатора довольно прост, вот что мы обычно видим:

— ЦП выделяет тепло; это тепло поглощается через проводящую опорную пластину или непосредственно касается тепловых трубок на радиаторе.

— Тепло вызывает фазовый переход жидкости внутри тепловой трубки, в результате чего она превращается в газ.Во время этого фазового перехода потребляется значительное количество энергии (в виде тепла), что в значительной степени отвечает за уменьшение тепла, которое мы испытываем. Затем мы переходим к стадии рассеивания …

— Тепло (газ) движется вверх по трубе и в конечном итоге достигает конденсатора, который конденсирует газ обратно в жидкую форму и использует капиллярное действие для транспортировки его обратно в испаритель.

— Во время прохождения по трубе тепло поглощается соседним (надеюсь, большим) радиатором, где оно рассеивается через ребра и охлаждается новым холодным воздухом, нагнетаемым вентилятором.

— Жидкость направляется обратно в испарительную секцию трубки (наверху ЦП) через спеченные, рифленые, сетчатые или композитные трубки (поясняемые ниже), называемые «фитилем» или «капиллярной структурой». Капиллярное давление создается фитилем, заставляя охлаждающую жидкость возвращаться в испаритель, где ее можно использовать повторно.

Довольно крутая штука, правда?

Ага, да. Что делает хороший кулер / радиатор процессора для моих целей?

Всю эту информацию можно использовать при принятии решения о покупке, чтобы помочь отсеять постоянно растущее количество доступных радиаторов.Понимание основ физики, лежащих в основе функциональности радиатора, помогает нам определить, какие конструктивные и технические элементы определяют качественный продукт; как всегда, если вы хотите получить от нас больше информации о ваших начинаниях по созданию системы, не стесняйтесь оставлять комментарии ниже или размещать свой вопрос на наших форумах по оборудованию!

Давайте расширим каждую из предыдущих тем:

Материалы и теплопроводность

Материалы имеют решающее значение для эффективности вашего радиатора.Имеет смысл начать с базовой таблицы соответствующих материалов:

Материал	Теплопроводность (Вт / мК) при 25 ° C
Воздух атмосферный	0,024
Вода	0,058
Термопаста (в среднем)	~ 5,3 — 8,5
Алюминий	205
Медь	401

Учитывая низкую теплопроводность воздуха, становится очевидным, почему мы не можем просто обдувать ЦП воздухом, чтобы добиться охлаждения на уровне производительности.С другой стороны, медь и алюминий являются отличными материалами для радиаторов для наших целей: медь объективно является лучшим материалом для радиаторов игрового уровня для ПК, но алюминий, как правило, является наиболее экономичным вариантом и все же может демонстрировать значительную охлаждающую способность при условии твердости. достаточно дизайна. Однако это не меняет того факта, что медь имеет лучший потенциал теплопроводности; Похвально искать радиаторы, в которых используются конструкции из медных тепловых трубок и медных ребер, хотя медные ребра не требуются ни в коем случае — мы всегда рекомендуем медные тепловые трубки.

Кондуктивная теплопередача выражается законом Фурье как:

q = k A dT / s , где A = площадь теплопередачи, k = теплопроводность материала, dT = разница температур в материале и s = толщина материала. (Подробнее об этом читайте в Engineering Toolbox).

Несмотря на различия в меди и алюминия, эффективность охлаждения по-прежнему ограничена вентилятором, воздушным потоком в корпусе, площадью радиатора и шероховатостью поверхности контактной пластины.В качестве своего рода примечания, многие производители используют никелирование или другие эстетические материалы, чтобы скрыть медь и алюминий, поэтому не используйте только внешний вид, чтобы определить, является ли что-то алюминием или медью. Примером может служить Cooler Master T812 — в нем используется медная основа, но покрытие почти делает его алюминиевым. Всегда проверяйте спецификации за последним словом.

Площадь и шероховатость поверхности

Площадь поверхности была оценена нашим контактным лицом в Zalman (Эдмунд Ли) как один из наиболее важных аспектов функциональности кулера, и это имеет смысл: большой кусок металла с рифлеными / оребрениями обеспечивает большую площадь для распределения тепла.Этому в значительной степени способствует конструкция ребер, оптимизированная для увеличения площади поверхности, что дополнительно обеспечивает возможность охлаждения устройства.

К счастью, это один из тех предметов, которые довольно просто купить — в данном случае чем больше, тем лучше — просто убедитесь, что вы выбрали то, что подходит для вашей системы. Взять самый тяжелый радиатор не имеет значения, если он не помещается в корпус и слишком сильно нагружает процессор или материнскую плату. Конечно, просто захватывать массивный алюминиевый радиатор не к лучшему, учитывая важность тепловых трубок, гладкости поверхности и места меди в мире.

Шероховатость поверхности — это измерение гладкости базовой пластины (измеряется в микродюймах) и общей способности прямого соединения с поверхностью процессора. В идеальном мире не было бы термопасты, и медные опорные пластины приходили бы в прямой, ровный, идеально гладкий контакт с процессором … но мы не живем в идеальном мире, и если бы мы это сделали, я бы играть в игры, плавая в трубе с водой, а не писать о радиаторах.

Причина, по которой нам даже нужна термопаста, как мы объясняли в этом предыдущем посте, заключается в том, что микроскопические углубления на поверхности соединительных материалов создают воздушные карманы.Воздух попадает в эти карманы при высоких температурах, вызывая неравномерное тепловое распределение и приводя к более высокой температуре ядра. Тепловой интерфейс, хотя и значительно более низкая теплопроводность, чем чистая медь или алюминий, обеспечивает воздухонепроницаемую герметизацию между отверстиями, которая позволяет теплу чисто мигрировать от поверхности процессора к базовой пластине кулера. Чем плавнее, тем лучше.

Теплопроводность термопасты

будет умеренно влиять на температуру, но обычно недостаточно, когда на термопасту можно потратить много денег.Если вы серьезно занимаетесь разгоном и нуждаетесь в каждой возможной степени, то во что бы то ни стало, подумайте о лампе MX-4. Но для большинства из нас 5,3 Вт / мК — 6.x Вт / мК более чем достаточно, чтобы держать ситуацию под контролем. И это доступно.

Воздействие на тепловую трубку и конструкция фитиля / капилляра

А теперь вернемся к тепловым трубкам! На рынке радиаторов ЦП преобладают две конструкции камер: паровые камеры и традиционные капиллярные тепловые трубки. Сначала мы рассмотрим последние из-за их доминирования.

Источник.

Как хорошо видно на этом изображении, тепловая трубка содержит очень небольшое количество охлаждающей жидкости или жидкости (обычно смесь аммония и этанола или дистиллированной воды), которая претерпевает химические фазовые изменения — это катализатор наших пониженных температур. Испаритель (область поверхности ЦП) испаряет жидкость, которая в газообразной форме движется к конденсатору. Затем конденсатор — как вы уже догадались — конденсирует газ обратно в жидкую форму, где он перемещается по желобчатым, спеченным, металлическим сеткам или композитным трубкам в результате капиллярного действия.

Дизайн фитиля с рифлением выглядит именно так, как вы могли подумать — он ровно прорезан по внутренней части трубки, в то время как спеченный дизайн выглядит более пенистым и пористым. Конструкции из металлической сетки более распространены среди потребительских радиаторов и отдаленно напоминают плетеный узор корзины. Thermolab разрезал некоторые тепловые трубки, чтобы обнажить их внутренности, что немного упрощает объяснение.

Слева направо: спеченный, рифленый, сетчатый. Источник: Thermolab.

Zalman использует четвертую конструкцию — композитные тепловые трубки, которые смешивают медный порошок внутри трубы, чтобы способствовать теплопередаче (пар перемещается быстрее).

Композитные и спеченные тепловые трубки имеют гораздо более высокую стоимость производства, чем трубы с канавками; Что касается того, что делает радиатор «лучше», все сводится к тестированию отдельных продуктов из-за множества других переменных, но композитные и спеченные тепловые трубки предпочтительнее, хотя и встречаются редко.

Тепловые трубки, подключенные непосредственно к поверхности процессора, будут охлаждать его более эффективно в течение короткого периода времени (Zalman сказал нам «около часа»), но по мере увеличения тепла и увеличения времени это имеет тенденцию выравниваться; Тепловые трубки прямого касания не всегда заметно более эффективны, чем полированные пластины основания, когда дело доходит до длительного охлаждения.Однако примечательно то, что медное основание отличается от алюминиевого — медь должна быть обращена непосредственно к процессору для лучшего отвода тепла.

Полированные медные опорные пластины придадут «зеркальный блеск», как на этом 9900Max.

Изменения пара немного отличаются и не так распространены, но все же заслуживают быстрого упоминания: камеры с испарением используются для непропорционально сильного локализованного выделения тепла блоками обработки; испарительная камера помогает более равномерно распределять это дополнительное тепло по ребрам внутри радиатора (вместо того, чтобы отдавать предпочтение ребрам, расположенным в непосредственной близости от горячей точки).Cooler Master 812 использует как паровые камеры, так и тепловые трубки, и они создали это изображение, чтобы помочь объяснить их использование:

По своим функциям он практически такой же, как и тепловая трубка, только они имеют немного другую конструкцию, чтобы отводить тепло в зависимости от местоположения.

Расположение вентилятора и снижение шума

Уровни шума всегда будут проблемой для небольших вентиляторов, но оптимизация расположения вентиляторов и охлаждения может помочь снизить требования к высоким оборотам и высоким уровням децибел.

Вентиляторы создают шум в кулере ЦП по нескольким основным причинам: тип подшипника, размер вентилятора и частота вращения, а также дребезжание в кожухе. Из них только дребезжание является уникальным для процессорных кулеров — остальные рассматриваются в нашем обзоре / руководстве по подшипникам вентилятора.

Дребезжание обычно возникает из-за неправильного расположения и конструкции вентилятора. Рассмотренный нами охладитель Tuniq Tower 120 Extreme имел прорезиненные винты для предотвращения дребезжания, Zalman использует централизованный вентилятор, который отсоединен от ребер (теоретически самый тихий дизайн), а другие кулеры используют сочетание кронштейнов и крепежных механизмов, которые могут или не могут вибрировать. под нагрузкой.

Центрированный вентилятор интересен — поместив вентилятор прямо над процессором и окружив его ребрами (но не касаясь их обоих), вентилятор по-прежнему аккуратно протягивает воздух через весь блок, не дребезжая по решетке.

Помимо изолированных вентиляторов, рекомендуется поискать блоки с прорезиненными монтажными пластинами / винтами или прочими прочными кронштейнами, которые лучше выдерживают высокие обороты. Разумеется, для охлаждения всегда будет полезно больше вентиляторов, поскольку они будут втягивать больше воздуха в систему и более равномерно охлаждать ребра, но в этом нет необходимости; мы видели снижение температуры на 3 ° C между NZXT Respire T40 с одним вентилятором и T40 с двумя вентиляторами — так что это заметно — но уровень шума, очевидно, в результате увеличится (хотя вы, возможно, могли бы просто запустить их на более низких оборотах в минуту). ).Децибелы рассчитываются по логарифмической шкале (10 * log (x) равняется разнице в дБ, где x — количество вентиляторов с одинаковым уровнем децибел), поэтому добавление дополнительных вентиляторов в систему всегда будет незначительно увеличивать шум по большей части. .

Что нужно искать в кулере для процессора

Теперь, когда у нас есть полное представление о том, как работают кулеры, давайте подведем итоги наиболее важных элементов дизайна, на которые следует обратить внимание; мы предполагаем, что для целей этой статьи мы используем стандартную сборку производительности / игрового уровня:

• Площадь поверхности.Чем больше радиатор, тем легче он рассеивает тепло. На этой ноте, большее основание пластины средства площади поверхности лучше передача тепла от процессора к трубам и больше места для монтажа ошибки.
• Материалы. Медь имеет вдвое большую теплопроводность, чем алюминий, и просто является лучшим радиатором.
• Количество тепловых трубок и их диаметр. Как правило, чем больше тепловых трубок, тем лучше охлаждение. Дополнительные паровые камеры могут способствовать рассеиванию тепла для некоторых устройств, но они не так распространены, как традиционные тепловые трубки.
• Расположение вентиляторов и количество вентиляторов. Больше вентиляторов означает лучшее охлаждение, но потенциально больше шума. Найдите подходящий для вас баланс между производительностью и шумом; помните, что вы всегда можете уменьшить обороты вентиляторов, чтобы нейтрализовать некоторый шум.

И еще кое-что: эстетика. Это глупо, но, если честно, многие радиаторы среднего и высокого класса будут предлагать почти идентичную эффективность охлаждения.Для производительности и приложений для энтузиастов установка уродливого куска меди на вашу красивую установку не является предпочтительным. Учитывая незначительную разницу в производительности между кулерами, выберите тот, который, по вашему мнению, лучше всего соответствует характеристикам вашей установки.

Сообщите нам, если вы спорите о двух радиаторах и вам нужна помощь!

— Стив «Lelldorianx» ​​Берк, благодарит Эдмунда Ли из Zalman за понимание.
Особая благодарность Тиму «Space_man» Мартину за его понимание физики и инженерии.

Статья о тепловых трубках из «Свободного словаря»

Следующая статья взята из Большой советской энциклопедии (1979). Он может быть устаревшим или идеологически необъективным.

Heat Pipe

Устройство для передачи большого количества тепла с небольшими перепадами температур.

Тепловая трубка состоит из герметичной трубки, частично заполненной жидким теплоносителем (см. Рисунок 1). В нагретой части трубки (зона нагрева или испарения) жидкость испаряется, поскольку она поглощает тепло; в охлаждающей части трубы (зона охлаждения или конденсации) пар, вытекающий из зоны испарения, конденсируется и выделяет тепло.Поток идет из зоны испарения в зону конденсации в результате перепада давления насыщенного пара, который определяется разницей между температурой в зоне испарения и температурой в зоне конденсации. Жидкость возвращается в зону испарения либо в результате внешних сил, таких как сила тяжести, либо в результате перепада давления капиллярного действия в капиллярной структуре, установленной в трубке; эта капиллярная структура или фитиль устанавливается внутри тепловой трубы, обычно на стенках трубы.Тепловые трубы с такой капиллярной структурой для рециркуляции жидкости являются наиболее распространенным типом, поскольку они могут работать независимо от своей ориентации в поле силы тяжести и в условиях невесомости. Эффективная теплопроводность тепловой трубы — отношение плотности теплового потока через трубу к падению температуры на единицу длины трубы — в десятки тысяч раз больше, чем проводимость меди, серебра или алюминия. и может достигать ~ 10 ⁷ Вт на метр на градус Кельвина.

Рисунок 1. Схема работы тепловой трубы: ( q ) тепловой поток по тепловой трубе

Тепловые трубы используются в энергетике, химической инженерии, космической технике, электронике и многих других областях техники. из-за их небольшого веса, высокой надежности, автономности в работе и высокой эффективной теплопроводности, а также возможности их использования в качестве термостатических устройств.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Елисеев В.Б., Д.И. Сергеев. Что такое тепловая труба ? Москва, 1971.
Тепловые трубы . Под редакцией Э. Э. Шпильрайна. Москва, 1972. (Сборник статей в переводе с английского и немецкого языков.)

Большая советская энциклопедия, 3-е издание (1970-1979). © 2010 The Gale Group, Inc. Все права защищены.

Тепловая трубка

Устройство для эффективной передачи тепла между двумя точками за счет испарения и конденсации содержащейся в нем жидкости. Тепловые трубы находят множество применений в областях, где надежность и низкая стоимость имеют первостепенное значение, например, в электронике и теплообменниках. См. Теплообменник

Тепловая трубка, идея которой была впервые предложена в 1942 году, во многом схожа с термосифоном. В значительной части приложений не используются тепловые трубки, как строго определено ниже, а используются термосифоны (рис. и ), иногда называемые тепловыми трубками с гравитационной подачей. Небольшое количество жидкости помещается в трубку, из которой затем удаляется воздух, и трубка герметизируется. Нижний конец трубки нагревается, в результате чего жидкость испаряется, а пар перемещается к более холодному концу трубки, где он конденсируется.Конденсат самотеком возвращается в секцию испарителя. Поскольку скрытая теплота испарения обычно высока, может передаваться значительное количество тепла при очень небольшой разнице температур между двумя концами. Таким образом, структура имеет высокую эффективную теплопроводность. Термосифон, также известный как трубка Перкинса, используется уже много лет. Используется широкий спектр рабочих жидкостей, от гелия до жидких металлов.

Одним из ограничений основного термосифона является то, что для того, чтобы конденсат возвращался под действием силы тяжести в область испарителя, последний должен располагаться в самой нижней точке.Тепловая трубка по конструкции аналогична термосифону, но в этом случае предусмотрена возможность возврата конденсата против силы тяжести. Обычно используется фитиль, например несколько слоев тонкой марли. Он прикреплен к внутренней поверхности трубки, и капиллярные силы возвращают конденсат в испаритель (рис. b ). Поскольку положение испарителя не ограничено, тепловую трубку можно использовать в любом положении. Если испаритель с тепловой трубкой находится в самом нижнем положении, силы тяжести будут способствовать капиллярной силе.Альтернативные методы, включая центростремительные силы и осмос, могут использоваться для возврата конденсата в испаритель.

Капиллярные силы являются наиболее распространенной формой возврата конденсата, но для охлаждения электродвигателей и другого вращающегося оборудования используется ряд вращающихся тепловых трубок. В некоторых приложениях для возврата конденсата в двухфазных системах рекуперации тепла с обводным змеевиком используется механический насос. Хотя это можно рассматривать как ретроградный шаг, это гораздо более эффективный метод возврата конденсата, чем использование капиллярных сил.

Приложения связаны с пятью основными функциями тепловой трубки: разделение источника тепла и поглотителя, выравнивание температуры, преобразование теплового потока, контроль температуры и действие в качестве теплового диода или переключателя.