CPU散熱器在系統關機後的去熱能力?

HigH

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Originally posted by Chief_WU
不知道有沒有銅鋁合金？
若有的話不就可以將2種金屬的優點結合了

最近老是睡不著(不曉得是不是睡覺沒人抱的關係^^; )
順便回答你問題吧
有這種合金
名字叫 "青銅"
是10%鋁,90%銅的混合物
因為銅佔大部分所以比重幾乎與純銅差不多
其熱傳導係數僅僅52(W/m-K)
順帶一提純銅熱傳導係數401(W/m-K)
事實上,青銅是粉爛的熱導體,比純鐵還爛
另外4.5%銅,95.5%鋁的鋁合金熱傳導係數也比純鋁還低
兩種都不行,那麼50%銅50%鋁呢?
歹勢,鋁與銅沒辦法以這種比例互溶,所以沒有這種合金

2002-05-07, 02:01 PM #31

albertfeng

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我想這個問題的原因可能是由於銅的比熱比鋁小所致，一般在常溫常壓下銅的比熱為 385 J/kg.K 鋁為 900 J/kg.K ，因比熱小，所以銅每上升1度C所需熱量(單位J)較鋁小很多。

現假設電腦正常運作時，CPU的DIE溫度最高，再來依序是散熱片與空氣。
當電腦關機時，CPU雖停止運作但DIE表面溫度仍很高，這時CPU的熱量就傳入散熱片直到兩者溫度一致。當然同時散熱片也將熱量傳入空氣中，但因風扇停止運轉使散熱片與空氣熱交換速率下降，所以散熱片溫度就不斷上升了。

因銅的比熱小，所以銅製散熱片會因CPU的餘熱而產生較高的溫度。相較之下鋁散熱片對這情形則問題較小。

2002-05-07, 04:32 PM #32

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Re: Re: Re: Re: 問的好

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Originally posted by 藍鯨

我上次在雜誌上(好像是PCLeader...已經消失的雜誌)
看到他們的解釋倒是相當簡單...
"銅的導熱速率比鋁快,但是因為其比熱較大,因此散熱不易"
不知道是不是真ㄉ?
不過說起來...比熱大不是散熱慢吸熱也慢ㄇ??
那為什麼反而能比鋁更快帶走熱量....我越想越昏ㄌ...@@
至於上面那ㄍ詳細的解釋...原諒我...我看不懂...>________<""

假的. 是因為他的熱傳導係數比鋁高，單位時間內可以傳導更多的能量讓空氣帶走。
所以銅的散熱會比鋁好。比熱? 那只是增加內能而已。

比熱大不一定散熱慢，也不一定吸熱慢。因為熱傳導或是熱對流都跟比熱無關。
詳細建議你找本熱傳學的課本看一看，這樣你就懂了

2002-05-07, 09:30 PM #33

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Originally posted by albertfeng
我想這個問題的原因可能是由於銅的比熱比鋁小所致，一般在常溫常壓下銅的比熱為 385 J/kg.K 鋁為 900 J/kg.K ，因比熱小，所以銅每上升1度C所需熱量(單位J)較鋁小很多。

現假設電腦正常運作時，CPU的DIE溫度最高，再來依序是散熱片與空氣。
當電腦關機時，CPU雖停止運作但DIE表面溫度仍很高，這時CPU的熱量就傳入散熱片直到兩者溫度一致。當然同時散熱片也將熱量傳入空氣中，但因風扇停止運轉使散熱片與空氣熱交換速率下降，所以散熱片溫度就不斷上升了。

因銅的比熱小，所以銅製散熱片會因CPU的餘熱而產生較高的溫度。相較之下鋁散熱片對這情形則問題較小。

強烈建議你改成參考熱傳導係數/熱對流係數。
能量的傳導或是對流都跟比熱無關。

2002-05-07, 09:33 PM #34

Anonymous

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Originally posted by HigH

考慮銅在27度時的密度8933(kg/m^3)
定壓比熱Cp = 385 (J/kg-K)
熱容量 = 8933*385 = 3439.2(kJ/m^3-K)

鋁27度時密度2702(kg/m^3)
定壓比熱Cp = 903(J/kg-K)
熱容量 = 2702*903 = 2439.9(kJ/m^3-K)

表示單位體積下,銅能比鋁裝下更多的熱量
雖銅的表面溫度與熱擴散率都較高,但 "可能" 無法彌補熱容量的差異
因此在熱源移除後,整個銅塊的降溫的速度也許較慢
至於會不會真的較慢,還得考慮體積與表面積的比值與對流熱傳的速度
沒仔細算過,沒辦法完全肯定
不過我之前的確沒有考慮到熱容量的問題^^;

這部分個人持保留態度,因為銅熱容量雖然較大
但與穩態熱傳速率卻無關係
一維穩態熱傳導公式 q = k(dT/dx)
q是熱傳率,k是熱傳導係數,dx是銅片厚度,dT是中心與表面溫度差
式中看不到任何有關熱容量的項
因此在穩態熱傳中,銅只充當導熱的介質而已,熱容量可以忽略之
而q傳到表面時,必須有其他型態的熱傳把熱帶走
以CPU散熱器來說,帶走熱量的是空氣的對流
因此公式會變成 q = k(dT/dx) = h(Ti-To)
後續發展前面幾篇文章已經講過了
直接引出結論:

當熱源穩定時,銅散熱器的熱傳導效率會比鋁還好
(當然還是要再次強調,兩個散熱器必須長的一模一樣才能比較)

另外風扇沒力,銅散熱器散熱會變差的問題,跟流體力學比較有關係
流體流過一個板狀物體,會因為本身的黏滯效應
接近板面的流體會黏住,與板的相對速度為零
離板面較遠的流體還是會繼續前進
流體剛接觸板子時只有極接近板面的薄薄一層受影響
但是流體是有黏性的,黏住的流體會對其他運動中的流體產生拉力
漸漸的,流體越流越深入,受影響的流體也越來越厚
這層受影響的流體稱為boundary layer(邊界層)
因為邊界層的關係,冷空氣將難以接近到金屬壁
若管路狹小,後方空氣的"壓力"又不足,空氣可能進入短短一段範圍就停止了
增加空氣壓力的方法只有加強風力
但有人會說,加強風力,Reynolds number(雷諾數)會變大,空氣會變成紊流
這麼一來邊界層反而更大,空氣更難以進入
到底邊界層的影響會不會大於後面空氣的壓力,這我就不是粉清楚
也許無力扇吹出來的風也是紊流,那從層流 --> 紊流造成的邊界層厚度大增就不是粉重要了

這段的結論是啥?
其實只是在說散熱片太密也不行,會阻礙空氣流動
太疏也不行,空氣與金屬的接觸面積會不夠
唯有風扇與散熱片匹配良好的散熱器材能有最佳效果

閣下熱傳學的不錯。

但是你最後一段錯了。Turbulence才是熱對流大大的增強情況。
一般大學在紊流熱對流方面講的頗少，這不能怪你。

熱邊界層會造成熱量的難以發散，降低熱傳效率。然而形成eddy的turbulence就可以打亂這熱邊界層。

在流體邊界層成長裡，傳輸區的熱傳效率頗差，然後成長到了紊流區就以誇張的曲線增強Nusselt number.

為何 pin fin 會比一般的長條型鰭片有更加的熱對流係數? 就是因為它的空氣容易流動，推動空氣降低熱邊界層的成長。風扇只是增加Reynolds number 而已，在低速流裡用處頗大，但是速度一高，甚至接近一馬赫，這結論就完全相反了。而且速度一高，這就得考慮到風扇葉片的邊界層分離現象，就有可能轉速高到恐怖，但是風量卻沒增加反而減少的情況。而且當壓差不大的情況[鰭片緻密]根本沒有機會產生紊流，要產生紊流這速度就得達到很恐怖的境界。這在電腦散熱裡可以說不會出現。

此文章於 2002-05-07 09:54 PM 被 Anonymous 編輯.

2002-05-07, 09:48 PM #35

HigH

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Originally posted by Anonymous

閣下熱傳學的不錯。
但是你最後一段錯了。Turbulence才是熱對流大大的增強情況。
一般大學在紊流熱對流方面講的頗少，這不能怪你。
熱邊界層會造成熱量的難以發散，降低熱傳效率。然而形成eddy的turbulence就可以打亂這熱邊界層。

這樣阿.......
這是說那些小漩渦反而會讓上層冷空氣接近到壁面嗎?
但上課時是說形成紊流時邊界層會增大耶
邊界層增大代表的意義不就是受影響而減速的流體較多,冷流體離壁面更遠
還是說產生eddy之後,邊界層內就有類似強制對流的機制?
所以儘管冷流體較遠,還是有辦法把它帶下來?

2002-05-08, 01:03 AM #36

Anonymous

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Originally posted by HigH

這樣阿.......
這是說那些小漩渦反而會讓上層冷空氣接近到壁面嗎?
但上課時是說形成紊流時邊界層會增大耶

對. 就是 eddy 將上層的冷空氣帶到下層,增進了熱對流效果
熱邊界層的確會阻隔能量的發散,不讓冷空氣接近邊界,但是強大的eddy卻會將
外界的冷空氣給帶進熱邊界.

引用:

邊界層增大代表的意義不就是受影響而減速的流體較多,冷流體離壁面更遠
還是說產生eddy之後,邊界層內就有類似強制對流的機制?
所以儘管冷流體較遠,還是有辦法把它帶下來?

假如你想更了解這部分的原因,我強烈建議你去參考 Patrick H. Oosthuizen / David Naylor 的 Introduction to Convective Heat Transfer Analysis
的第六章及第七章.

這本熱對流分析書. 這本寫的頗淺顯易懂...不過我還是建議有研究所程度再來念,會比較得心應手.

此文章於 2002-05-08 03:11 AM 被 Anonymous 編輯.

2002-05-08, 03:06 AM #40

P&W Elite Member 加入日期: Jul 2001 您的住址: Red Planet 文章: 4,277	用鈦合金如何? __________________ The war is crates by fear and gap.
2002-05-08, 01:05 AM #37

plaything Major Member 加入日期: Jul 2001 您的住址: taiwan 文章: 244	鈦合金的"保溫"能力絕對比銅或鋁好上非常非常多....
2002-05-08, 01:29 AM #38

HigH Golden Member 加入日期: Nov 2000 您的住址: 戰星卡拉狄加文章: 3,822	用純銀應該不錯生鏽怎麼辦?? I don't know
2002-05-08, 02:31 AM #39