Физика охлаждения, принцип её осуществления и способы предотвращения перегрева. Основные виды систем охлаждения компьютера, их сравнительные характеристики, преимущества и недостатки. Альтернативные способы отвода тепла от нагревающихся элементов.
Аннотация к работе
В последнее время гонка производительности настольных ПК поднялась на новый уровень. Растут тактовые частоты, вычислительные мощности, переход на многоядерную архитектуру и внедрение архитектуры х64 призвано поднять производительность ПК на новый уровень. Ни для кого не секрет, что высокое быстродействие современных компьютеров имеет свою цену: они потребляют огромную мощность, которая рассеивается в виде тепла. Почему он греется причина проста: как любой электроприбор, компьютер рассеивает часть (порой весьма значительную) потребляемой электроэнергии в виде тепла - например, процессор переводит в тепло почти всю использованную энергию. Возникновение системы охлаждения произошло в середине девяностых годов прошлого века.-Активное охлаждение (отвод тепла от радиатора осуществляется излучением (радиацией) тепла и принудительной конвекцией (обдув вентиляторами)) Например, "ежик", когда на квадратном сантиметре поверхности пытаются разместить максимальное количество пластин-иголок, в результате чего действительно площадь, соприкасающаяся с воздухом, увеличивается максимально, но при недостаточно эффективной конструкции есть шансы значительно снизить скорость продирающегося сквозь них потока воздуха. Воздух, как мы уже говорили, не является идеалом по теплопроводности, так что для наилучшего охлаждения требуется еще один фактор: чтобы радиатор максимально плотно прилегал к поверхности чипа, и чтобы между ними нигде не возникало даже мельчайших воздушных прослоек. Подобные смеси при комнатной температуре представляют из себя весьма вязкую субстанцию, в промежутке 40-70 градусов по Цельсию переходящую в жидкое состояние, вытесняя воздух между чипом и радиатором, и уменьшая термосопротивление этого участка. Элемент Пельтье способен несколько облегчить жизнь чипу, поскольку, будучи малой площади, способен отвести непосредственно от чипа куда больше тепла, чем любой радиатор куда более крупных размеров, но количество тепла в системе чип-радиатор он снизить не может по определению.Обычный радиатор - самая распространенная пассивная система охлаждения, работающая на принципах теплообмена с окружающим воздухом и естественной конвекции воздушных потоков (горячий воздух поднимается, холодный - опускается). Эффективность работы радиатора зависит от двух факторов: площади поверхности и материала изготовления. Но температуры компонентов росли, рос и радиатор, грозя заполнить собой весь внутренний объем системного блока и превратить компьютер в обогреватель. Именно в тот момент стали появляться радиаторы с волнообразной формой ребер, с многоярусными ребрами, игольчатые радиаторы и т. п. Сначала из нее изготавливали только сердечники радиаторов с напрессованными алюминиевыми ребрами, а потом и вовсе стали изготавливать радиаторы целиком из меди.Суть этого метода сводится к организации правильного воздушного потока - горячий воздух должен эффективно выводиться за пределы системного блока. В непродуманной системе воздушного охлаждения может происходить застой воздуха или миграция горячего воздуха от одной комплектующей к другой, а это значит, что система охлаждения превращается в систему нагревания. Для повышения качества обдува можно использовать один или несколько методов: - увеличение количества вентиляторов; Отличается высокой универсальностью - радиаторы устанавливаются на большинство компьютерных компонентов с высоким тепловыделением. На некоторые компьютерные компоненты, в частности жесткие диски, установить радиатор затруднительно, поэтому они охлаждаются за счет обдува вентилятором.Отвод тепла от чипа зависит от эффективности теплопередачи в зоне контакта чип-радиатор. Повысить ее можно увеличением площади соприкасаемых поверхностей и уменьшением зазора между ними. Площадь кристалла чипа, естественно, изменить нельзя, следовательно, остается второй путь. Теплопроводность воздуха, находящегося в зазоре, ничтожна по сравнению с теплопроводностями используемых в кулерах меди и алюминия. На практике такая обработка позволяет понизить температуру чипа на несколько градусов (к примеру, точность поверхности теплораспределительных крышек процессоров и сейчас оставляет желать лучшего.Несмотря на надежность, простоту, дешевизну традиционных воздушных систем охлаждения, воздух имеет низкую теплопроводность, а значит является не лучшим решением для охлаждения, не говоря уже о шуме который создается при большом потоке воздуха. Основные компоненты водяной системы охлаждения рассмотрим на модели конструкции: Вода подается по шлангу помпой (3) на ватерблоки (5,6,7), проходя по каналам ватерблоков, вода забирает тепло, и далее подается в радиатор (2), обдуваемый блоком вентиляторов (1). Расширительный бачок (4) предотвращает наличие воздуха в системе, повышает объем теплоносителя (воды) в системе, тем самым увеличивает инертность системы, к тому же вода в бачке охлаждает помпу. Пока он работает система плавно нагревается, а за время простоя процессора вода успевает охладиться.