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散热原理——散热方式

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 散热原理——散热方式
     散热就是热量传递,而热的传递方式有三种:传导、对流和辐射。传导是由能量较低的粒子和能量较高的粒子直接接触碰撞来传递能量的方式,CPU和散热片之间的热量传递主要是采用这种方式,这也是最普遍的一种热传递方式。对流是指气体或液体中较热部分和较冷部分通过循环将温度均匀化,目前的散热器在散热片上添加风扇便是一种强制对流法,电脑机箱中的散热风扇带动气体的流动也属于"强制热对流"散热方式。辐射顾名思义就是将热能从热源直接向外界发散出去,该过程与热源表面颜色、材质及温度有关,辐射的速度较慢,因此在散热器散热中所起到的作用十分有限(辐射可以在真空中进行)。这三种散热方式都不是孤立的,在日常的热量传递中,这三种散热方式都是同时发生,共同发挥作用的。
  
任何散热器也都会同时使用以上三种热传递方式,只是侧重有所不同。对于CPU散热器,依照从散热器带走热量的方式,可以将散热器分为主动散热和被动散热。前者常见的是风冷散热器,而后者常见的就是散热片。进一步细分散热方式,可以分为风冷,液冷,半导体制冷,压缩机制冷,液氮制冷等等。
  
风冷散热是最常见的,而且简单易用,就是使用风扇带走散热器所吸收的热量。具有价格相对较低,安装方便等优点。但对环境依赖比较高,例如气温升高以及超频时其散热性能就会大受影响。


液冷 是使用液体在泵的带动下强制循环带走散热器的热量,与风冷相比具有安静、降温稳定、对环境依赖小等等优点。液冷的价格相对较高,而且安装也相对麻烦一些。同时安装时尽量按照说明书指导的方法安装才能获得最佳的散热效果。


半导体制冷
“N.P型半导体通过金属导流片链接,当电流由N通过P时,电场使N中的电子和P中的空穴反向流动,他们产生的能量来自晶管的热能,于是在导流片上吸热,而在另一端放热,产生温差”——这就是半导体制冷片的制冷原理。只要高温端的热量能有效的散发掉,则低温端就不断的被冷却。在每个半导体颗粒上都产生温差,一个制冷片由几十个这样的颗粒串联而成,从而在制冷片的两个表面形成一个温差。
利用这种温差现象,配合风冷/水冷对高温端进行降温,使得制冷片的散热效果强劲,但是让制冷片全速运作的前提是供电必须要稳定(一版要几时W的功率),或者你需要为制冷片单独设立一个供电设备,这样成本较高,而且如果高温端的散热不到位的话也比较危险。
优点:能使温度降到非常理想的室温以下;并且可以通过使用闭环温控电路精确调整温度,温度最高可以精确到0.1度;可靠性高,使用固体器件致冷,不会对CPU有磨损;使用寿命长。
缺点:CPU周围可能会结露,有可能会造成主板短路;安装比较困难,需要一定的电子知识。比较保险的方法是让半导体制冷器的冷面工作在20℃左右为宜


压缩机制冷:压缩机制冷其实已经是我们比较熟悉的方式了。在日常生活中,冰箱,空调等制冷设备都是采用压缩机制冷方式。应用在个人电脑上,主要是将吸热部分集中在CPU区域。压缩机制冷一般可以维持在零下100摄氏度左右。相对液氮的温度要高了不少,并且通过妥善的安装,电脑硬件可以长期稳定的在机箱中运行,虽然噪音可能不小。


干冰、液氮制冷:干冰与液氮制冷都是依靠压缩或冷却气体在常温下气化,迅速吸收大量的热来制冷。这两种极端的散热方式可以带来最为顶级的散热效果。是骨灰级超频玩家降温的必用手段。但同时这种方法也是非常危险的。因为快速的温度下降导致的温差会发生结露,容易导致主板等短路。


石墨导热 :由于具备了等向性(anisotropic)的特性,石墨在导热时是根据一定的方向来流动的。其实在这样的特性下,石墨就很好区别于一般风冷材质的铜和铝,因为这两种金属都不具备这种属性,所以也无法用它们来控制热的传输方向。所以是使用石墨散热技术制造的产品就可以按着需要的方面来依次的进行热传导。
优点
散热片体积更小更轻
一片具有弹性而且可以定型小小的石墨片,经过了切割之后几乎可以应用在各种设备上。它的最大传导系数为500W/mk(比热管要低)。而重量比铜轻了80%。并且比铝也轻了30%。
缺点:
石墨的脆弱性
虽然石墨散热技术可以用铝箔包裹以保持其外形,但是脆弱本身是无法消去的。由于我们在使用电脑和拆装一些电脑配件的时候,经常也不小心的将电脑配件撞击。这样的意外承受压力也是产品本身需要考虑的。
成本问题
对于任何产品来说,成本问题都无法解决。我们之前所听说过的石墨散热技术,一般是来自于比较昂贵的医疗器材上。石墨技术无疑是一个不错的医疗散热材料。但由于应用于这些非常昂贵的医疗器材上也意味着其昂贵。
液态金属导热:这种冷却新技术利用镓和铟的混和液体作为散热剂,混和金属在10度时为液态。这种冷却剂导热性能比水高65倍,比空气导热性高1600倍,因此液体金属吸收热量效率极高。
虽然液态金属导热性极佳,但是其吸收的热量难以向外接释放,虽然液态金属能够带来散热效率提升,但是远低于预期。

 

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