计算机散热的原理与技术解析[下]VIP专享VIP免费

散热的原理与技术解析-下(1)在之前的文章中，我们介绍了热传递的原理与基本方式，并在散热的原理与技术解析-上中详细探讨如何快速将热量带离热源，其内容主要涉及热传递三种基本方式中的热传导方面；在散热的原理与技术解析-中里则以风冷散热器为例分析相应的技术原理与实现策略。在本文中，我们将重点探讨其他散热方式如水冷、热管等散热技术，介绍与外界环境的不同热交换方式的实现。至于某些只有高端使用者才采用的极端散热方式如液氮、干冰等，则不在讨论之列。需要明确的是，在大多数情况下，无论水冷散热还是热管散热，都不会完全脱离风冷，它们都是通过有效的将热量转移至大面积散热片（热管和液体都只是热传递介质），使用大尺寸低转速风扇，达到静音散热效果。即便不使用风扇，也会尽量增大鳍片散热表面积，同时鳍片周围需要保持良好的通风。也即是说，最终与外界环境的热交换，还是要通过风冷的。水冷散热系统的原理首先让我们来看一下水冷散热。不过，在讨论之前，先来明确一下概念：虽然我们很多时候将水冷散热与液冷散热等同起来，但严格意义上说，二者还是有区别的，水冷散热只是液冷散热系统中散热介质使用水的一个子集，而除水之外，还有其他很多介质可用于液冷散热系统，只不过由于水价格便宜易于获得，水冷散热在中低端领域应用得较为广泛罢了。从技术角度看，水冷(液冷)散热系统的工作原理很简单：就是利用水泵把水从储水器中抽出来，通过水管流进水箱，然后再在水箱的另外一个口出来，通过水管流回储水器，就这样不断循环，把热量从热源如CPU的表面带走。水冷系统一般由以下几部分构成：热交换器、循环系统、水箱、水泵和水，根据需要还可以增加散热结构。其中，热交换器是整个水冷系统的核心，水冷系统的效率在很大程度上由它来决定，这也是整个系统构思最巧妙的部分。循环系统分别将水送进和排出热交换器，而进水管的另外一端与水泵连接。水泵放在储水的水桶或其它结构的水箱中，出水管将送出的热水重新排放到水箱中。如果需要，出水管里的热水先经过散热系统降为室温后再排放回水箱。散热的原理与技术解析-下(2)水冷散热的效果从理论上来说，风冷散热通过风扇和散热片把机箱内热源如CPU产生的热量与周围空气进行热交换，其理想状况顶多能让CPU降至机箱的“环境温度”——这个温度比起码机箱外高5～10℃（夏天，全封闭，CPU散发热量仍然滞留在机箱内，不然机箱为何提全程互动散热通道的概念？），而水冷系统则通过管道把CPU表面温度带到机箱外直接和箱外空气作热交换（有个技术名词叫热量的定向转移），因为通常有硕大的散热片，所以效率很高，机箱内的热量的最大热源转移到箱外，剩余的热量依靠机箱自然对流结构完全实现箱体内部温度平衡。水冷的散热效果要比风冷系统好，一般的水冷散热效果，与较好的风扇散热温度相比还要低最少10度；水冷系统因为没有风扇，所以不会产生振动，因此也比较安静。水冷散热的技术解析也许有些人会问，水的导热系数是非常低的，为什么水冷系统的散热效率能够很高呢？首先，正如在散热的原理与技术解析-上中的解释，对传导性能要求较高的地方在于散热器底座，而对交换介质而言性能则更多地体现在热容量方面，而水的热容量是空气的数千倍，所以水冷系统的热负载能力很大，相当于风冷系统的5倍，导致的直接好处就是CPU工作温度曲线非常平缓。比如，使用风冷散热器的系统在运行CPU负载较大的程序时会在短时间内出现温度热尖峰，或有可能超出CPU警戒温度，而水冷散热系统则由于热容量大，热波动相对要小得多。其次，尽管水的导热性能确实很差，但流动中的水就完全不一样了，它与水的流速成正比，水流速度越快，那么散热效果越好。为使水的流速加快，我们应注意水泵的水压是否足够。一般水泵的功率越大，水压就越大，水泵散发出来的热量也就越多。在水泵功率一定的情况下，水桶中水平面与水管的最高点的距离越大，水的流速将越慢，这将降低水的导热性，所以应尽量使水平面与水管的最高点的距离小一些。下面，我们举例来看为什么使用水冷方式能够有效地进行散热。假设CPU功率为40W，在一小时就可产生860.076×40=3443.04卡的热量，如...