Вода в системах охлаждения ПКна страницах сайта www.electrosad.ru | |||||||||||
| |||||||||||
Вода и электричество вещи несовместимые. Поэтому она
чаще всего используется в электрических системах только там где решить
проблемы без нее невозможно. И используя ее надо заранее иметь ввиду
некоторые хорошо известные особенности. Это электропроводность. Какую
дистиллированную - пере дистиллированную воду не используй по прошествии
некоторого времени ее электроизоляционные свойства ухудшаются. Это
требует принимать меры по защите электрического устройства от попадания
воды. Схема типовой системы водяного охлаждения радио - электронных устройств показана на рис.1. Отличия для разных случаев обычно определяются количеством и мощностью тепловыделяющих устройств. Это влияет на объем воды в системе, мощность насосов для прокачки воды и принцип действия теплообменника.
Рисунок 1.
Составляющие системы водяного охлаждения:
Когда в системе имеется более одного охлаждаемого узла (1,2,3) для каждого узла необходимо индивидуально регулировать расход охлаждающей жидкости (4). В стационарных системах это делается с помощью расходомера и регулятора расхода, а в недорогих системах это можно сделать просто с помощью калиброванного отверстия (для этого надо знать давление развиваемое насосом). Узел регулирования и измерения представляет собой регулирующий вентиль и измеритель расхода. Конструкция расходомера показана на рисунке 2.
Рисунок 2. В стеклянной трубке, с конической внутренней поверхностью помещен
шарик с отрицательной плавучестью. На шарик находящийся в потоке
жидкости действует сила F, которая поднимает его на высоту
достаточную для прохождения по его периметру определенного количества
жидкости. Ее количество пропорционально скорости V жидкости, который
определяется по высоте подъема шарика. Последовательное включение узлов в систему охлаждения не рекомендуется. Поскольку последующий узел охлаждается нагретой в предыдущем узле водой. Расширительный бачек обычно имеет объем в несколько раз превышающий изменение объема воды в рабочем диапазоне температур, которое зависит от объема воды в системе и степени ее нагрева. Он размещается выше всех узлов входящих в систему охлаждения, а при ее заполнении через него выходит воздух из системы. Кроме того он необходим для выравнивания давления в системе с атмосферным. Главным достоинством водяной системы охлаждения является возможность вынести за пределы помещения (корпуса ПК) все ее узлы кроме охладителя.
Охлаждающая жидкость. В жидкостных системах охлаждения обычно применяется вода, но не
из-под крана, а дистиллированная. В тепличных условиях системы
охлаждения, даже дистиллированная вода со временем начинает заселяться
микрофлорой. Поэтому в нее добавляют антисептики. Обычно это этиловый
спирт, в количестве 12 - 18% от объема воды. Поскольку антифриз приготавливается из обычной а не дистиллированной воды, в него добавляют средства предотвращающие накипь. Для того чтобы он не замерзал при морозе в него добавляют спирты, которые могут быть химически активны. Так же в него добавляют поверхностно активные вещества, чтобы он сохранял текучесть во всем диапазоне рабочих температур. В результате физические свойства антифриза сильно изменяются. Применение антифризов не рекомендуется, по причине совершенно других требований предъявляемых к ним, которые не нужны при работе в условиях помещения. В системах охлаждения ПК, не нужна устойчивость к морозу и отсутствие накипи, а вот электроизоляционные свойства как раз нужны. Поскольку в большинстве систем помпа устанавливается прямо в жидкость. Кроме того антифризы могут содержать химически активные к материалам (веществам) применяемым в системе охлаждения ПК или электронных устройств.
Законы определяющие работу системы водяного охлажденияТеплосъем. Вспоминая школьный курс физики, количество теплоты полученное водой массой m при увеличении ее температуры на Δt град равно:
Q = c*m*Δt (Дж)
А, как я уже писал раньше, Q= P*t (здесь t - время в сек.), получаем Q = c*m*Δt Вт*сек или Дж. Для примера, прикинем на сколько нагреется вода в охладителе процессоре с тепловыделением 100 Вт. Емкость камеры охладителя на процессоре 30 мл (0,03 л) или 30 см3. Δt=Q/(c*m) или Δt=(P*t)/(c*m). Подставив m = 2,99*10-2 кг, с=4190
Дж/кг*град, Q=P*t=100 Вт в сек = 100 Дж, получим Δt = 100/(2,99 10-2 *
4190) = 1,25 град. Увеличение объема. Все вещества при нагреве расширяются, это известно всем. Закон описывающий увеличения объема тела Vt при нагреве на Δt град. описывается формулой:
Vt=V0+(1+βt)
β - коэффициент объемного расширения. Охлаждающая вода при нагреве на 13 град (заправка при 21 град.С а рабочая температура в корпусе обычного ПК порядка 34 град.С) составит 0,6%. Это немного. Но при малых расходах воды (в некоторых системах пишут что она нагревается на 25 град.С) эта цифра вырастет уже до 1,2%. Для продления срока службы охлаждающего раствора применяются смеси с 12-18% содержанием органических антисептиков (спирт этиловый и др.) при этом коэффициент объемного расширения увеличивается почти в 2 раза. При избыточном давлении в системе охлаждения "заправленной под завязку", это может привести к вытеканию из нее объемов охлаждающей жидкости в количествах соизмеримых с увеличением объема при расширении.
ЗаключениеВот в общих чертах я рассказал, какой должна быть система водяного охлаждения для ПК или другого радиоэлектронного устройства. Если Вы выбираете такую системы для себя, сравните и принимайте решение. Но системы выполненные по этой схеме обычно дороги. Выпускаемые системы охлаждения сильно отличаются от описанной. Иногда это негерметичные системы, где просто опрокидывание емкости для жидкости вызывает потоп а Вашем ПК. Иногда это системы, где вообще отсутствует емкость для жидкости, а заменяет ее - теплообменник. Чаще это полностью герметичные системы, где расширение охлаждающей жидкости при ее нагреве приводит к росту давления в системе. Разгерметизация не происходит только из-за эластичности пластика из которого сделана система. Но кто может гарантировать, что она не произойдет при нагреве воздуха в помещении, где стоит система до 35-40 град.С? Будьте внимательны при выборе Вашей новой системы охлаждения! Высокая плотность воды (по сравнению с воздухом, например) и повышенное сопротивление системы охлаждения (по причине большого соотношения L/D - Длина/Диаметр) требует больших затрат энергии для прокачки воды. И к шуму вентилятора теплообменника добавляется шум водяного насоса. Поэтому обычно эффективные системы водяного охлаждения шумят сильнее.
Есть несколько применений, где вода имеет неоспоримое преимущество. Первое - это малогабаритные системы, где организовать свободный канал подачи воздуха это непростая проблема. Но малогабаритные системы сразу теряют в своем главном достоинстве - малогабаритности. Появляются трубки, внешний теплообменник, ... . А они практически всегда, имеют не маленькие габариты. Второе - сервера, которые сами по себе являются горячим и шумным
устройством. Третье - новые, так называемые 3D процессоры, имеющие многослойную структуру и тепловыделение около 1000 Вт и площадь поверхности теплообмена 4 см2. Для них IBM разрабатывает систему внутреннего водяного охлаждения. Но одно дело охлаждать пассивированную внешнюю поверхность основания кристалла, и совсем другое, помещать кристалл в объем охлаждающей жидкости. Нагретый кристалл будет (растворяться) отдавая в обессоленную жидкость материалы применяемые при создании чипа. Поэтому поработать над составом охлаждающей жидкости придется еще поработать. А там где спец жидкости, там и спец цены.
Эта статья будет продолжена анализом новых систем водяного охлаждения, если таковые попадут в поле зрение автора. апрель 2008 года. Сорокин А.Д. | |||||||||||
Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:
/Неизвестный
процессор/Охлаждение ПК/Электроника для ПК/Linux/Проекты, идеи/Полезные советы/Разное/
При полном или частичном использовании материалов ссылка на "www.electrosad.ru" обязательна. | |||||||||||
Copyright © Sorokin A.D. | 2002-2020 |