Сравнение характеристик радиатора с медными ребрами и радиатора с алюминиевыми ребрами

Медный ребристый радиатор Вопрос производительности по сравнению с алюминием всегда обсуждался и никогда не прекращался.Медные ребра работают лучше или алюминиевые?Медь или алюминий?Это реальный вопрос!

Некоторые говорят, что медь проводит тепло быстрее, а алюминий быстрее рассеивает тепло.Верно ли это утверждение?Другие говорят, что медь в любом случае лучше алюминия в радиаторах PCHeat, изготовленных производителями CPUHeat Sink.Есть ли этому научное обоснование?Чтобы разобраться в этих вопросах, мы должны начать с теплопроводности и рассеивания тепла.

Теплопроводность и теплоотдача.

В рабочем процессе радиатора передача тепла делится на две основные части: теплопроводность и рассеивание тепла.Как следует из названия, под так называемой теплопроводностью можно понимать теплопроводность в твердом теле.Что касается радиатора, мы можем грубо рассматривать процесс теплопроводности от процессора к ребрам как теплопроводность.

Термин «рассеивание тепла» еще более краток и, естественно, относится к процессу передачи тепла от твердого тела к газу, когда тепло излучается от ребер в воздух.

Два процесса теплопроводности и рассеивания тепла лежат в основе работы Heat Sink и идут рука об руку.

Медь против алюминия

Разъяснив понятия о теплопроводности и теплоотдаче, давайте проанализируем характеристики материалов меди и алюминия.

Как мы все знаем, наиболее заметным преимуществом меди является высокая теплопроводность.Теплопроводность чистой меди (медно-фиолетового цвета) достигает 401 Вт/м*К, что уступает только серебру (429 Вт/м*К) среди обычных металлов и намного выше, чем у алюминия (240 Вт/м*К. ) Поэтому по прямой теплопроводности основания, тепловых трубок и других компонентов медь, имеющая более высокую теплопроводность, значительно превосходит алюминий.Что касается алюминия, то нет сомнений в том, что медь проводит тепло быстрее.

Основание радиатора из чистой меди

Наиболее характерной особенностью алюминия является большая удельная теплоемкость.Удельная теплоемкость чистого алюминия достигает 8,8×10^2Дж/(кг-°С), что в 2,25 раза выше, чем у меди.Однако обязательно ли большая удельная теплоемкость означает большую теплоемкость?

Радиаторы не являются продуктами, которые могут бесконечно масштабироваться по объему, и в реальных сравнениях зачастую постоянным остается не вес радиатора, а его объем, а с точки зрения плотности медь имеет огромное преимущество.Как упоминалось ранее, удельная теплоемкость алюминия в 2,25 раза превышает удельную теплоемкость меди.Однако чистая медь в 3,3 раза плотнее алюминия!

1м^3 × 2700 кг/м^3 × 0,88 × 10^3Дж/(кг-°C) = 2376000Дж = тепло, поглощаемое 1м^3 алюминия

1м^3 × 8900кг/м^3 × 0,39 × 10^3Дж/(кг-°С) = 3471000Дж - тепло, поглощаемое 1 кубическим метром меди

После некоторых преобразований мы видим, что тот же объем меди поглощает примерно на 30-40% больше тепла.Хотя удельная теплоемкость меньше, медный радиатор имеет большую теплоемкость благодаря своей плотности.

Но это не обязательно хорошо, и разногласия возникают именно в поглощении тепла.Процесс рассеивания тепла в радиаторе требует конвекции жидкости (т. е. воздуха) в соответствии с формулой, используемой для оценки тепловой конвекции:

Тепловой поток = коэффициент конвективной теплопередачи x площадь поверхности объекта x (разница температур между поверхностью объекта и жидкостью ΔT)

Можно узнать, что в случае одного и того же коэффициента конвективной теплопередачи (под которым можно понимать силу ветра), чем больше разница температур ΔT между поверхностью объекта и воздухом, тем больше тепловой поток и тем лучше теплоотдача. рассеивание.

Аргумент о том, что алюминий рассеивает тепло быстрее, предполагает, что, хотя алюминиевые радиаторы имеют меньшую теплоемкость, у них есть преимущество в более быстром рассеивании тепла, поскольку они быстрее нагреваются, а больший температурный градиент приводит к большему тепловому потоку.

Однако так ли это?

Помните, что мы говорили раньше?Теплопроводность и радиатор идут рука об руку;вы не можете иметь одно без другого.Ключевым моментом является то, что радиатор — это единое целое, и рассеивание тепла нельзя рассматривать отдельно от теплопроводности!

Давайте установим температуру процессора на T1, температуру ребер на T2 и температуру воздуха на T3, при этом разница температур между ребрами и воздухом по-прежнему будет ΔT.

Мы все хотим, чтобы температура процессора T1 была ниже, поэтому мы хотим, чтобы больше тепла передавалось радиатору, вызывая повышение температуры ребра T2.Чем меньше разница между температурой процессора T1 и температурой ребер T2, тем более равномерно тепло распределяется по радиатору.Это процесс теплопроводности.

Как уже говорилось ранее, чем больше разница температур между поверхностью объекта и воздухом, тем лучше рассеивание тепла.Таким образом, чем больше разница температур ΔT между температурой ребер T2 и температурой воздуха T3, тем быстрее рассеивается тепло.Это процесс отвода тепла.

Не знаю, заметили ли вы, но согласно порядку теплопередачи небольшая разница между температурой процессора Т1 и температурой ребер Т2 является предпосылкой большой разницы между температурой ребер Т2 и температурой воздуха Т3.Другими словами, при условии постоянной температуры воздуха только тогда, когда тепло передается ребрам в достаточной степени, разница температур между ребрами и воздухом будет больше.

Чем выше теплопроводность материала, тем быстрее он проводит тепло при прочих равных условиях.Согласно формуле теплопроводности, чем выше теплопроводность медных ребер, тем меньше температурный разрыв с ЦП и больше разница температур ΔT с воздухом;таким образом, эффективность рассеивания тепла выше.

T1-T2 = Термическое сопротивление × Тепловой поток

Термическое сопротивление = длина проводника ÷ (теплопроводность × площадь поперечного сечения)

Это означает, что на практике другие условия постоянны, теплопроводность алюминия невелика, и невозможно создать большую разницу температур ΔT, чем у меди.Утверждение о том, что алюминий рассеивает тепло быстрее, игнорирует слабую теплопроводность алюминия и заставляет медь и алюминий-алюминий отводить одинаковое количество тепла за одно и то же время, что, естественно, приводит к неправильному выводу.

Так, медь подходит для компонентов, отвечающих за теплопроводность, таких как тепловые трубки и основания, а алюминий-алюминий — для деталей, отвечающих за отвод тепла, например ребер.Да, но нет.

Это правильно, потому что хотя радиаторы не могут быть бесконечно большими, они не могут быть и бесконечно тяжелыми.Если бы все ребра радиаторов растущей башни были сделаны из чистой меди, радиатор стал бы слишком тяжелым для материнской платы.

Таким образом, чистая медь является более эффективным решением, чем медно-алюминиевый гибрид, если позволяют условия.

Вынести вердикт

Теплопроводность и теплоотдача идут рука об руку и необходимы.Они являются ядром системы охлаждения и не могут обсуждаться отдельно.С точки зрения теплопроводности меди не является проблемой, и утверждение о быстром рассеивании тепла алюминием, которое игнорирует связь между ними, будет термическим независимым от обсуждения теплопроводности, которое привело к неправильному результату.Теплопроводность обсуждается независимо от теплопроводности, что приводит к неверным результатам.