用液态金属冷却PC?[关闭]


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如果将大量液态金属(而不是水/冷却剂)放入自定义的冷却回路中会发生什么?您将面临什么挑战?这样做会有什么好处吗?

奖励:如果您使用铜管代替标准的塑料/玻璃管,并将液态金属泵入铜管怎么办?还使用铜制CPU块吗?


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Journeyman Geek

室温下液态金属有多少?所有其他金属都需要加热到高温,这会加热而不是冷却系统。
渗透者

Answers:


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Keltari回答中的所有内容都是正确的,我只想使用其他一些重要信息来扩展它:

当您要“传递”热量时,需要处理两个主要值:导热率和热容量。首先是如何容易地从其他材料获取热量/将热量传递给其他材料,例如从热表面获取热量并将热量传递给冷表面。第二个是它可以存储多少能量。

与固态金属相比,液态金属的导热系数非常低。纯的固态铝的导热系数约为200 W /(m K),纯铜的导热系数约为390 W /(m K)。另一方面,汞的值约为8.5 W /(m K),水的值为约0.6 W /(m K)。因此,液态金属在传热方面比水更好,但比固态金属差得多。

热容量是另一部分。液态水的1 K温度变化(即1°C或2°F变化)需要4.187 kJ / kg,而汞的相同变化为0.125 kJ / kg,这意味着来自CPU表面的相同热量会产生32倍的热量汞的温度变化更大!

简单地讲,与水冷却有关的电导率好14倍,热容差32倍,总和差约50%,并且仍未考虑到其他危险因素,例如毒性或短路因素。(这种计算是不正确的,因为这些值还依赖于许多其他参数,例如当前温度,压力以及传输时的侧面耗散等)。


从理论上讲,如果您有某种铜热管可以泵送液态金属而不是水怎么办?参见修订后的问题。
FatalSleep'3

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uuDev NaK的导热系数为218 W / m,比铝略好。问题不在于金属呈液态,而在于选择汞,汞是冷却最差的金属。就像固体金属不适合用作散热器一样,因为钛仅为21.9 W /(m·K)。这个答案是基于错误的前提。
Agent_L

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我距离该主题的专家还很遥远,但是在我看来,汞的较低的热容量可以克服,从而增加了流速。
canadianer

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@uDev大概是冷却系统正在将热量传递到环境中,在这种情况下,只要流速足够高,冷却剂本身的热容量就无关紧要。
canadianer

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@uDev问题询问如果用液态金属代替水会发生什么。您的答案部分不正确,需要进行编辑以反映热容量的体积比较。汞的电导率约为水的14倍,热容约为44%。我认为这意味着在相同的时间段内,水星系统可以移动的最大热量约为水可以移动的最大热量的7倍。
肯尼斯·摩尔

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从表面上看,这似乎是一个好主意,但实际上,这是一个非常糟糕的主意。

在室温下有两种金属(不包括合金)是液态的:汞和镓。

首先,汞具有剧毒,只能由专家处理。

镓会腐蚀铝和钢,这就是冷却剂流过/流过以散发热量的原因。它将最终破坏接头和散热器,这将导致下一个问题。

汞和镓都是电导体。如果两种液体中的任何一种泄漏到电子设备上,都可能导致短路甚至损坏电子设备。再一次,汞极具毒性。仅这就是不使用它们的原因。

由于热量,汞和镓的体积膨胀率很高。在高温下,它们会大大膨胀,压力会破坏冷却管路。

镓本身在室温下不是液体。它具有85.58°F(29.76°C)的熔点,这意味着PC已关闭并且已完全冷却,镓会凝固。这当然会引起问题,因为液体将无法流动。

编辑更多想法:

汞非常非常重。一升汞称重头发的重量不到30磅(13.5千克)。一升镓重13.02磅(6千克)。要移动该液体,将需要一个巨大的泵。单靠重量就可能导致PCB弯曲或折断。


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我以为有机汞化合物有剧毒,而汞本身只有中等毒性?(即您吃掉它并死了,但是用它的一半皮肤触摸它不会杀死您- 上述有机汞化合物不同)
user253751

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镓对除钨和钽以外的所有金属均具有腐蚀性,钨和钽具有很高的耐腐蚀性。镓(液体或固体)会腐蚀所有形式的黄铜吗?
DavidPostill

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可以使用未装满边缘的储器来处理体积膨胀(现在给它一个可以扩展的位置)
棘轮怪胎

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蓖麻毒素和河豚毒素具有剧毒。汞是“小心轻放,不要吃”。
霍布斯(Hobbs)

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元素汞甚至还远没有接近“剧毒”。您可以处理它并扔进垃圾桶。你可以吃它,它会通过另一端。您可以注射它,它不会以机械堵塞以外的方式伤害您。只要您不反复进行操作,就可以了,因为元素汞的生物利用度非常低。另一方面,您会用橡胶手套触摸一滴二甲基汞,这是您的致命接触物。
Agent_L '18

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液态金属CPU冷却器已经存在:

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

该产品使用NaK:钠和钾的低共熔合金,能与空气,水和几乎所有物质发生可怕的反应:

https://zh.wikipedia.org/wiki/钠钾合金

相同的合金用于核电工业中的冷却。


任何参加过高中化学考试的人都会知道,这对于PC冷却的利用来说是一个非常非常糟糕的主意……所有碱金属都具有很高的反应活性,而KNa也没有什么不同。将其与EM辐射结合,并用铁外壳将其容纳起来,实际上对于消费者和工作站而言,使这种产品变得不切实际。酷发明是有目的的,但我无法想象家用或商用PC配备了其中之一,尤其是考虑到由于碱金属反应性的高风险危害而增加了房客/家庭/商业保险的保险成本。
JW0914 '18年

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@ JW0914我认为您可能大大高估了风险。考虑允许人们在家中使用烤箱火炉。他们甚至被允许使用燃气灶,这些燃气灶被连接到可以输送无限爆炸性燃料的管道上。而且,不要让我开始了解他们在车库中保存的那些死亡陷阱,这些陷阱中存储着15加仑以上的汽油!
Cort Ammon-恢复莫妮卡

@CortAmmon燃料需要点火源,碱金属不需要...与碱金属发生的放热反应足以在剧烈爆炸中自燃燃烧金属(如果您从未在高中化学中经历过,请查看YouTube)。这是一个很酷的产品,但是带有一定风险,大多数知情的消费者(更不用说保险公司)都无法接受。
JW0914

@ JW0914我已经看到了几克碱金属可以做什么。令人印象深刻,请不要误解我的意思。但这在相当小的范围内令人印象深刻。我这样说,我认为保险公司应该远远更关心的是幼儿比他们与Danamics散热器。幼儿也不需要点火源。
Cort Ammon-恢复莫妮卡

或者,三星平板电脑的所有者。我们对自己携带的危险物品真是太神奇了!
Cort Ammon-恢复莫妮卡

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这样做会有什么好处吗?

否。WC回路不是您的中央加热回路,该回路在温度梯度上起作用。在典型的,尺寸适当的WC回路中,冷却剂循环得足够快,以至于所有元件(气缸体和散热器)的温度几乎都相同。这意味着更好的冷却液不会有太大变化,并且整个回路受到散热器性能的限制。即使如此,正如纳特所说,通过冷却剂进行的热传递是[热容量] * [流量]。因此,很难夸大用Laing E系列的泵更换泵(将油管换成较大的管以保持低摩擦)要容易得多,而不是从头开始为液态金属冷却剂进行设计。

即使在核工业中,也使用液态金属不仅是因为它的热容量比水还大,而且还因为水具有中子减速特性,这使得它对快速中子反应堆(例如一艘USS Seawolf船上的反应堆)完全不起作用。

奖励:如果您使用铜管代替标准的塑料/玻璃管,并将液态金属泵入铜管怎么办?

没有。与通过内部移动的冷却剂的传热速度相比,沿着铜管的传热速度微不足道。就像热管一样。它们是铜,用于将热量传入和传出。纵向上,热量是由蒸汽移动的,这就是为什么一旦被刺穿,热管就变得无用了。

还使用铜制CPU块吗?

他们大多数已经是铜了。如果不是很明显,那是因为它们是镀镍的。

如果要大幅提高WC性能,请将散热器移至较冷的地方,例如窗外。在冬天很容易做到16°C的压力:)使散热器与其他组件保持在相同的气流中将使WC的最大优势无效:将热量转移得越来越远。


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这种事情可能很容易造成危害,对于在家中尝试的人来说,这似乎是一个重大的安全问题。因此,认真地说,此响应是假设的-请勿在家中尝试任何此类操作。

@uDev的回答是正确的,您将主要关注两件事:

  1. 热导率 热能(热量)在物质中移动的速度。

  2. 热容量 物质可以容纳多少热能(在这种情况下,在太热而无法吸收之前)。

水通常是很好的冷却剂,因为它具有很高的热容量。即,将其加热需要相对大量的热量。

也就是说,我认为其他一些答案高估了这种情况下热容量的重要性。问题是我们并不仅仅是加热一定量的冷却剂。相反,冷却液不断流动,因此我们基本上关心

  • [热容量] * [流量]。

因此,如果选择了具有较低热容量的冷却剂,则可以通过增加冷却剂流量至一定的合理极限来补偿这种差异,例如在流体流的摩擦热变得有问题或流体的压力导致机械应力增大的情况下。损伤。

因此,是的,从原理上讲,液态金属的较大导热率可能对某些设计有所帮助。

一个实际的限制是,冷却回路在冷却机构中仅提供一个热阻源。因此,即使将其优化为具有非常低的有效热阻,整个系统的热阻也可能会继续受到CPU和其上热交换器的热阻的支撑。


我没有谈论很多参数。热工学是一门独立的科学,无法适用于某些领域。当我计划一个单极激光二极管冷却器(大约十年前,从二极管集成外壳到冷却器+风扇)时,花了数周的时间(包括确认实验),直到我们得到可接受的解决方案(仍在生产中)。
uDev

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@uDev嗯,这些系统可能正在发生很多事情。坦率地说,这个问题似乎不适用于SuperUser,因为该站点显然未启用TeX。在SE.Engineering上解决该问题会更加有趣。
纳特
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