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导热介质分析

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cloudpopo 发表于 2019-5-15 10:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
点击数:2423|回复数:3
本帖最后由 cloudpopo 于 2019-5-15 10:26 编辑

  几年前自己写过一篇《强制对流换热中导热介质的简单分析》,回头看看,那时候做了一些纯理论性的思考。不管结果有没有意义,至少锻炼了思维。现在摘要发出来和大家交流一下。


  物体通常的散热过程包括热传导、热对流和热辐射。在一般情况下,热对流的效率可以较容易地提升上来,所以在电脑散热中,多考虑加强对流散热。为了将较小芯片的密集发热传导出来,可以使用导热介质来做强制对流散热,即通常所说的“液冷”。
因为液冷的导热介质常使用水或者主要成分为水的溶液,所以它常被称为水冷,但液冷也不一定只能用水或者水溶液。这里粗略分析一下导热介质的选用原则。
  一、计算
  (一)模型
假设导热介质的流体体在某圆柱形的管道中流动,液体的温度比管道外的室温高,向外传导出热量。不计算管道本身的热阻。采用巴兹公式计算透过粘滞层的热传导。
  (二)换算
单位时间、单位面积上传递的热量
q=hΔT
h为换热系数
ΔT为管道内外侧温度差值

考虑热量从管道内壁的粘滞层传导:
换热系数h
h=Nuk/D
Nu为努塞尔数
k为流体导热系数
D为管路的水力直径


努塞尔数Nu
Nu=CRe^0.8Pr^0.34
C为无量纲常数
Re为雷诺数
Pr为普朗特数


雷诺数Re
Re=ρυD/μ
ρ为流体密度
υ为流体流速
μ为流体粘性系数


普朗特数Pr
Pr=μc/k
c为比热

代入,得

公式

公式
  二、分析
  由公式可以看出,若需要提高单位时间传导出的热量q,可以采取的手段是
1、提升介质的比热
2、提升介质的导热系数
3、降低介质的粘性
4、提升介质的密度
5、提升介质的流速
6、提升管道直径
7、提高管道内外的温差
  这样就能看出,为什么常用水做导热介质。将水和一般的矿物油比较,水的比热较大,导热系数较高,粘度较低,密度较高。可以说水在作为导热介质的各方面的性能都比矿物油好。同样的,乙醇在各个方面的性能均不及水。所以水是非常优良的导热介质。
但水并不是完美的导热介质。首先是它的工作温度,一个大气压下,超过100℃将会沸腾。所以工业上超过100摄氏度常用导热油或者蒸汽。其次是导电性,仅仅混入微量的杂质也可能会大大提升它的导电性能,在对电子产品的冷却中要求管路密封性能达标。
另外可以看出,加大管道直径和提升泵效加大流速同样有利于散热。
暂时就这些。

PS:排版真难



dy4932 发表于 2019-5-15 16:58 | 显示全部楼层
太专业的术语不好懂!
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909648183 发表于 2019-5-20 23:07 | 显示全部楼层
问题是导热介质通常不是散热瓶颈,对于PC散热来说
cloudpopo  楼主| 发表于 2019-5-21 08:14 | 显示全部楼层
909648183 发表于 2019-5-20 23:07
问题是导热介质通常不是散热瓶颈,对于PC散热来说

是的,一般水泵流量很低也不影响温度。
这个只是个思考的过程放上来给人瞧瞧。
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