Płyn chłodzący komputer na ciekłym metalu? [Zamknięte]

Co by się stało, gdybyś umieścił dużą ilość ciekłego metalu w niestandardowej pętli chłodzącej zamiast wody / płynu chłodzącego? Z jakimi wyzwaniami byś się zmierzył? Czy zrobienie tego przyniosłoby jakąkolwiek korzyść?

BONUS: A jeśli użyjesz rur miedzianych zamiast standardowych plastikowych / szklanych rur i przepompujesz ciekły metal przez miedziane rurki? A także użyłeś miedzianego bloku procesora?

Wszystko w odpowiedzi Keltari jest poprawne, chcę tylko rozszerzyć ją o inne ważne informacje:

Jeśli chcesz „przenosić” ciepło, musisz uwzględnić 2 główne wartości: przewodność cieplną i pojemność cieplną. Po pierwsze, jak łatwo można uzyskać / oddać ciepło z / do innego materiału, np. Uzyskać ciepło z gorącej powierzchni i oddać ciepło zimnej powierzchni. Drugi to ilość energii, jaką może zgromadzić.

Przewodność cieplna metali ciekłych jest bardzo niska w porównaniu z metalami stałymi. Czyste, stałe aluminium ma przewodność cieplną około 200 W / (m K), czysta miedź wynosi około 390 W / (m K). Z drugiej strony rtęć ma wartość około 8,5 W / (m K), a wartość wody wynosi około 0,6 W / (m K). Zatem ciekłe metale są lepsze niż woda do wymiany ciepła, ale znacznie gorsze niż metale stałe.

Pojemność cieplna to kolejna część. Zmiana temperatury o 1 K (tj. Zmiana o 1 ° C lub 2 ° F) w przypadku ciekłej wody wymaga 4,187 kJ / kg, podczas gdy ta sama zmiana w przypadku rtęci wynosi 0,125 kJ / kg, co oznacza, że ​​to samo ciepło z powierzchni procesora powstaje 32 razy większa zmiana temperatury rtęci!

Jeśli pomyślimy po prostu, 14-krotnie lepsza przewodność i 32-krotnie gorsza pojemność cieplna to około 50% gorsza suma związana z chłodzeniem wodnym, i wciąż nie bierze pod uwagę innych niebezpiecznych czynników, takich jak toksyczność lub czynniki zwarcia. (Obliczenia te nie są właściwe, ponieważ istnieje wiele innych parametrów, od których zależą te wartości, takich jak aktualna temperatura, ciśnienie oraz rozproszenie boczne przy przenoszeniu itp.)

Choć na pozór może to wydawać się dobrym pomysłem, w rzeczywistości jest to bardzo zły pomysł.

Istnieją dwa metale (bez stopów), które są płynne w temperaturze pokojowej: rtęć i gal.

Po pierwsze, rtęć jest bardzo toksyczna i powinna się nią zajmować tylko eksperci.

Gal koroduje aluminium i stal , przez co płyn chłodzący przepływa przez i pochłania ciepło. W końcu zniszczy połączenia i radiatory, co doprowadzi do następnego problemu.

Zarówno rtęć, jak i gal są przewodnikami elektrycznymi. Jeśli którykolwiek z dwóch płynów dostanie się na elektronikę, może to spowodować zwarcie, a nawet uszkodzenie elektroniki. I znowu rtęć jest niezwykle toksyczna. Już sam ten powód, aby z nich nie korzystać.

Rtęć i gal mają wysoką ekspansję objętościową z powodu ciepła. W wysokiej temperaturze mogą się znacznie rozszerzać, a ciśnienie zniszczyłoby linie chłodzące.

Sam gal nie jest cieczą w temperaturze pokojowej. Ma temperaturę topnienia 29,76 ° C 85,58 ° F, co oznacza, że ​​komputer został wyłączony i całkowicie się ochłodził, a gal zgęstniał. Może to oczywiście powodować problemy, ponieważ ciecz nie będzie w stanie przepłynąć.

Edycja w dalszych przemyśleniach:

Rtęć jest bardzo, bardzo ciężka. Jeden litr rtęci waży włosy poniżej 30 funtów (13,5 kilograma). Jeden litr galu waży 13,02 funta (6 kilogramów). Potrzeba by ogromnej pompy, aby przenieść ten płyn dookoła. Sam ciężar może spowodować zgięcie lub uszkodzenie PCB.

Chłodnice procesorów z ciekłym metalem już istnieją:

http://www.guru3d.com/articles-pages/danamics-lmx-superleggera-review,1.html

Ten wykorzystuje NaK: eutektyczny stop sodu i potasu, który jest przerażająco reaktywny z powietrzem, wodą i prawie wszystkim:

https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium-potcium_alloy

Ten sam stop stosuje się do chłodzenia w energetyce jądrowej.

Czy zrobienie tego przyniosłoby jakąkolwiek korzyść?

Nie. Pętla WC nie jest twoją pętlą centralnego ogrzewania, która działa na gradiencie temperatury. W typowej, odpowiednio dobranej pętli WC płyn chłodzący krąży wystarczająco szybko, aby wszystkie elementy (bloki i grzejnik) miały prawie taką samą temperaturę. Oznacza to, że lepszy płyn chłodzący nie zmieniłby wiele, a cała pętla jest ograniczona wydajnością chłodnicy. Nawet jeśli tak, jak powiedział Nat, przenoszenie ciepła przez czynnik chłodzący wynosi [pojemność cieplna] * [natężenie przepływu]. Dlatego trudno jest przecenić, o ile łatwiej jest wymienić pompę na coś z serii Laing E (i zmienić rurkę na większą, aby utrzymać niskie tarcie), niż zaprojektować wszystko od zera dla płynnego płynu chłodzącego.

Nawet w przemyśle nuklearnym ciekły metal stosuje się nie tylko dlatego, że ma większą pojemność cieplną niż woda, ale także dlatego, że woda ma właściwości moderujące neutrony, co sprawia, że ​​nie nadaje się on do szybkich reaktorów neutronowych (takich jak ten na pokładzie USS Seawolf).

BONUS: A jeśli użyjesz rur miedzianych zamiast standardowych plastikowych / szklanych rur i przepompujesz ciekły metal przez miedziane rurki?

Nic. Prędkość wymiany ciepła wzdłuż miedzianej rury jest nieznaczna w porównaniu z prędkością wymiany ciepła przez poruszający się czynnik chłodzący w środku. Podobnie jak w przypadku rur cieplnych. Są miedziane, aby przenosić ciepło do środka i na zewnątrz. Wzdłużnie ciepło jest przenoszone przez parę - dlatego po przebiciu rura cieplna staje się bezużyteczna.

A także użyłeś miedzianego bloku procesora?

Większość z nich to już miedź. Jeśli to nie jest oczywiste, to dlatego, że są niklowane.

Jeśli chcesz radykalnie poprawić wydajność toalety, przenieś grzejnik do zimnego miejsca, na przykład przez okno. Stres 16 ° C jest łatwo wykonalny zimą:) Utrzymywanie chłodnicy w takim samym przepływie powietrza, jak inne komponenty, niweluje największą zaletę WC: przenoszenie ciepła daleko, daleko.

Tego rodzaju rzeczy mogą być dość podatne na ryzyko i wydają się być poważnym problemem bezpieczeństwa dla kogoś, kto wypróbuje je w domu. A tak na poważnie, ta odpowiedź jest hipotetyczna - nie próbuj tego w domu itp.

Odpowiedź @ uDev jest prawidłowa, ponieważ dotyczyłyby przede wszystkim dwóch rzeczy:

1. przewodność cieplna : jak szybko energia cieplna (ciepło) przepływa przez substancję.

2. pojemność cieplna : Ile energii cieplnej (ciepła) może pomieścić substancja (w tym przypadku, zanim będzie zbyt ciepła, aby ją wchłonąć).

Woda jest często świetnym czynnikiem chłodzącym, ponieważ ma dość wysoką pojemność cieplną. Oznacza to, że do podgrzania potrzeba stosunkowo dużej ilości ciepła.

To powiedziawszy, myślę, że niektóre inne odpowiedzi przeceniły, jak ważna jest pojemność cieplna w tym przypadku. Problem polega na tym, że tak naprawdę nie tylko podgrzewamy określoną ilość chłodziwa; zamiast tego płyn chłodzący ciągle płynie, tak że jesteśmy w zasadzie zainteresowani

• [pojemność cieplna] * [natężenie przepływu].

Tak więc, jeśli wybrano chłodziwo o niższej pojemności cieplnej, różnicę można zrekompensować, zwiększając natężenie przepływu chłodziwa, do pewnego rozsądnego limitu, np. Tam, gdzie ciepło tarcia przepływu płynu staje się problematyczne lub ciśnienie przepływu powoduje mechaniczne uszkodzić.

Tak, tak , w zasadzie większa przewodność cieplna ciekłego metalu może być pomocny w niektórych wzorów.

Praktycznym ograniczeniem jest to, że pętla chłodząca zapewnia tylko jedno źródło oporu cieplnego w mechanizmie chłodzącym. Tak więc, nawet jeśli zoptymalizowano go tak, aby miał bardzo niski efektywny opór cieplny, ogólny opór cieplny systemu mógłby być nadal wspierany przez opór cieplny procesora i wymiennika ciepła na nim.