Вода в системах охлаждения ПК

на 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.
К достоинствам жидкостной системы охлаждения можно отнести высокий теплосъем и возможность вынести за пределы корпуса ПК все ее узлы, кроме охладителя.

 
 

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:

  1. 1,2,3 - охладитель на охлаждаемых узлах,
  2. 4 - регулировочное распределительное устройство (предназначено для установки заданного расхода через каждый узел),
  3. 5 - насос (обычно центробежный),
  4. 6 -  расширительный бачек (состоит из: 7- уровнемер, 8-дыхательное отверстие, 9-заливное отверстие),
  5. 10 - теплообменник.

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.
Кроме измерения расхода данная конструкция позволяет не только измерять расход, но и является индикатором наличия циркуляции жидкости.

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.
И больше ничего постороннего в ней не должно быть.

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 охлаждения

Теплосъем.

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.
Значит при обмене охлаждающей воды  в камере охладителя процессора 1 раз в секунду (0,03 л/сек) температура охлаждающей воды поднимется на 1,25 град. Приведя к принятым размерностям получим 1,8 л/мин. Соответственно при расходе 0,18 л/мин охлаждающая вода нагреется до 12,5 град.
Запомните эти цифры, они Вам еще пригодится.

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.

 

Заключение

Вот 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.
Причем особенно это полезно в фирмах где в серверных залах размещены десятки серверных стоек. Применение водяного охлаждения позволяет оставить в зале и на стойке только систему распределения воды, а основные шумящие ее узлы вынести в отдельные помещения. Это не только снимает проблемы охлаждения сервера, но и снизит температуру и уровень шума в серверной.

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.

Яндекс.Метрика

<<назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:

/Неизвестный процессор/Охлаждение ПК/Электроника для ПК/Linux/Проекты, идеи/Полезные советы/Разное/
/
Карта сайта/Скачать/Ссылки/Обои/Форум/Каталог/

При полном или частичном использовании материалов ссылка на "www.electrosad.ru" обязательна.
Ваши замечания, предложения, вопросы можно отправить автору через
гостевую книгу или почтой.
.

Copyright © Sorokin A.D.©

2002-2012