Как работи течното охлаждане на процесора? Ръководство за начинаещи

За да разберете как работи течното охлаждане в процесор, помислете как се охлажда двигател в автомобил. Течностите имат по-висока специфична топлина, което означава, че могат да отвеждат топлината по-добре от въздуха. Автомобилът използва вода, за да поеме топлината от двигателя и да я освободи във въздуха с помощта на радиатор. Течните охладители на процесора работят по същия начин.

Всеки процесор генерира топлина, тъй като е електронен компонент, и тази топлина се абсорбира от воден блок, където циркулира течна охлаждаща течност. Тази течност се изпомпва от водния блок към радиатора, подобно на начина, по който работи в автомобилите. Функцията на радиатора е да извлича топлина от течността, която тече вътре, и да я прехвърля към ребрата на радиатора. След това вентилатор движи хладен въздух върху ребрата. Тази конфигурация, както е показано на картинката, е особено забележителна, защото течното охлаждане е направило по-ефективно отвеждането на топлината от съвременните процесори с висока TDP, които са овърклокнати и генерират значително количество топлина.

Разбиране на топлината на процесора: Защо охлаждането е важно

Електричеството е потокът от електрони през проводник. Когато електричеството преминава през който и да е проводник, то генерира топлина поради съпротивлението на потока от електрони. По подобен начин, когато електричеството преминава през процесора, то също генерира топлина.

Микропроцесорът или процесорът е направен от милиарди транзистори. Винаги, когато използваме процесор, той използва тези транзистори в изчислителна логика. Тези транзистори се зареждат и разреждат, създавайки електрическо съпротивление, което влияе върху потока на електрони и генерира топлина. По-интензивните операции на процесора, като игри или рендиране на видео, ще създадат повече топлина и ще изискват охладителна система за такива взискателни натоварвания.

В такива случаи е за предпочитане течна система със затворен контур за поддържане на температурата в определени граници. В противен случай процесорът ще започне да термично дроселира, което ще повлияе на производителността му. В някои случаи, ако охлаждането е много лошо, това може дори да повреди процесора или други вътрешни компоненти, като например RAM паметта и графичния процесор.

Ключови компоненти на система за течно охлаждане

Основните компоненти на течните компоненти включват

• Воден блок
• Помпата
• Радиаторът
• Тръби, резервоар и охлаждаща течност

Водният блок

Това е сърцето на системата за течно охлаждане, което извлича топлината от процесора. Най-висококачественият тип водни блокове са изработени от безкислородна мед, която има висока топлопроводимост. Ако водният блок се използва с алуминиеви части, тези водни блокове са направени с никелово покритие (най-често основата на водния блок е никелирана, за да се избегне окисляване).

Тези блокове имат микроканали с размери от 0,5 до 1 мм в основата си, което позволява на течността да тече и да абсорбира топлината, генерирана от процесора. За да се сведе до минимум въздушната междина между блока и процесора, се използва термопаста с топлопроводимост над 8-12W/mK. За да се увеличи проводимостта, междината между водния блок и процесора е сведена до 0,1 мм, което се улеснява от здрав механизъм за монтаж на водния блок. Термичната ефективност на охладителната система до голяма степен зависи от потока и дизайна на ребрата. Когато течността попадне в блока, тя започва конвективно охлаждане с коефициент на топлопреминаване от 500-5000W/m2.

Помпата

Помпата в охладителната система кара охлаждащата течност да протича през водния блок и радиатора, осигурявайки налягане на течността, за да преодолее съпротивлението на тръбите. Без подходящ поток, дори най-ефективната система няма да работи правилно. В повечето охладителни системи тези помпи работят на 12 волта при 2000-4000 оборота в минута, осигурявайки достатъчен поток от 0,5-1 л/мин и напор за охлаждане . В съвременните охладителни системи за процесори тези помпи са изработени с прецизност, за да имат нисък шум и вибрации, съчетани с керамични лагери, за да осигурят работа без триене. Тези помпи могат да променят скоростта си според изискванията на топлинното натоварване.

Радиаторът

Топлината, отнета от процесора от течността, се отвежда в атмосферата с помощта на устройство, наречено радиатор, и вентилатор, монтиран към него. Радиаторите са изработени с алуминиева сърцевина с медни ребра и канали за охлаждаща течност. Ребрата са предвидени за по-добър топлопроводим трансфер с ефективност от 0,8-0,9. Разстоянието между ребрата е много важен фактор. Ако плътността на ребрата FPI (ребра на инч) е висока, ефективната площ ще се увеличи. Необходим е обаче по-голям въздушен поток поради повишеното съпротивление на въздушния поток.

По-ниският FPI намалява съпротивлението на въздушния поток, но също така намалява ефективната повърхност. Обикновено течността от процесора има температура с 10-20 °C по-висока от околния въздух. Тя навлиза в радиатора, където предава топлина на ребрата. След това вентилатор (1000-2000 об/мин) осигурява въздушен поток, за да отведе топлината от ребрата.

Тръби, резервоар и охлаждаща течност

Тръбите в течна система осигуряват път за прехвърляне на течността от един компонент към друг, изработени от PVC с вътрешен диаметър 10 мм и външен диаметър 13 мм. Те са снабдени и с оплетка, за да се избегне деформация и спукване при екстремни работни условия. Тръбите не трябва да имат остри извивки, тъй като това ще увеличи съпротивлението на потока и ще намали цялостната производителност.

Резервоарът управлява обема на въздуха и течността. Той е изработен от PVC и осигурява механизъм за пълнене с течност и изпускане на въздушни мехурчета в атмосферата . В някои случаи резервоарът е неразделна част от помпата, особено в AIO (All-in-One) система. В повечето случаи течността вътре е дестилирана вода и 30% гликол. Добавят се и някои биоциди, за да се предотврати растежа на бактерии, а гликол се добавя, за да се понижи точката на замръзване до -10 °C. Целта на охлаждащата течност е да отвежда топлината от процесора и да я освобождава в радиатора.

Цикълът на охлаждане

Генериране на топлина

По време на работа, особено при изпълнение на интензивни задачи като игри или рендиране на видео, или всякаква графична или изчислителна работа, процесорът генерира топлина с мощност над 300 вата. Това генериране на топлина започва от транзистора, вграден в процесора, и в крайна сметка се премества към интегрирания разпределител на топлина, където е инсталиран воден блок, който отвежда топлината от процесора с помощта на течност, протичаща вътре в него. Процес на проводимост отвежда тази топлина, защото водният блок е с по-висока температура от течността.

Абсорбция

Течността във водния блок абсорбира топлината, генерирана от процесора, докато тя тече през каналите, направени във водния блок. Течността, докато тече през блока, осигурява максимална ефективност на турбулентността и проводимостта на топлината по отношение на топлопроводимостта. Когато течността изтича от водния блок, температурата ѝ се е повишила.

Тираж

В системата за течно охлаждане на процесора е инсталирана помпа, която да пренася загрята течност, като гарантира, че температурата не надвишава определен лимит. Помпата осигурява постоянен поток от течност от водния блок към радиатора, като по този начин поддържа процесора хладен и изпълнява задачите си ефективно. В съвременните системи помпите се избират заради много ниското си ниво на шум и минималното износване на компонентите, благодарение на високия им дебит.

Разсейване

Загрятата течност най-накрая навлиза в радиатора, където се охлажда от въздух от вентилатор, монтиран в радиатора. Радиаторите са изработени от алуминий с медни ребра. Тези ребра увеличават повърхността, докато вентилаторът издухва въздух, охлаждайки ги в процеса. Когато тези ребра се охлаждат, охлаждащата течност, която преминава през тръбите, се охлажда.

Връщане

След това течността се връща във водния блок, след като се охлади от радиатора. В системата за течно охлаждане е инсталирано друго оборудване, известно като резервоар. То позволява на водата да се връща, ако има излишно количество, и помага на системата да се пълни, когато нивото на течността намалее.

Инженерни иновации, които правят течното охлаждане очарователно

С напредъка на технологиите, ние разполагаме с високоскоростни процесори от 7nm, които произвеждат повече топлина. За да се справим с това, използваме система за течно охлаждане, тъй като въздушното охлаждане е недостатъчно за процесори, които генерират висока температура. Инженерите сега развиват системата за течно охлаждане и нейния производствен процес.

Сега водните блокове се изработват с тесен проход от 0,2 мм за потока на течността, което създава турбулентност за увеличаване на топлопреноса до 50%. Съвременните течни блокове се предлагат и с PID контролер, който следи и контролира температурата в рамките на 2 °C от зададената точка с различна скорост на вентилатора и помпата и осигурява наблюдение на температурата в реално време. Освен това, течностите, инжектирани с меден оксид, се тестват за повишаване на топлопроводимостта, което показва 20% по-добри показатели.

Чакайте, има още! Течното охлаждане непрекъснато се развива с помощта на инженерни разработки, използващи CFD симулации за оптимизиране на конструкцията на ребрата, скоростта на потока и турбулентността, охлаждането и термичния дизайн. Ако това технологично подобрение продължи, бихме могли да имаме охладителна система, която използва фазова промяна на течността на горещия интерфейс за охлаждане на процесора, която след това би кондензирала на радиатора.

Съвети за монтаж и поддръжка

Инсталирането на течност изисква експертни умения, тъй като включва много чувствителни компоненти, включително вода, която може да повреди процесора, ако протече. Преди да започнете инсталацията, почистете всички елементи и нанесете термопаста върху процесора. Монтирайте водния блок и затегнете винтовете с равномерен въртящ момент, който може да варира от 0,6 до 1 Nm, като обърнете внимание, че винтовете трябва да се затягат кръстосано. Тръбата, през която ще тече течността, също е важен компонент. При инсталирането се уверете, че тръбата е прокарана съгласно ръководството и че всеки маркуч е закрепен със скоба. Преди да започнете, уверете се, че системата е адекватно заредена и няма затворен въздух.

За поддръжка, помислете дали да не потърсите съвет от експерт или да възложите работата на такъв. Някои от съветите, които можем да споделим, включват използване на UV-реактивна матрица, която свети под UV светлина за откриване на течове, извършване на цикли на прочистване ежегодно или при необходимост, което ще отстрани 95% от въздуха за подобряване на ефективността. Също така, не забравяйте да промивате системата ежегодно с разтвор на оцет. Циркулирайте разтвора в продължение на 30 минути, за да разтворите котления камък вътре в тръбите и компонентите, след което го изплакнете.

Предимства пред традиционното въздушно охлаждане

Специфичната топлина на водата е много по-добра от тази на въздуха и това естествено дава предимство на охладителната система, която използва течност. Ако към процесора се приложи продължително натоварване, течното охлаждане ще поддържа температурата с 40% по-ниска, отколкото ако същият процесор се охлажда с въздушно охлаждана система. Течните системи осигуряват по-добро охлаждане и са по-тихи, защото помпите произвеждат по-малко шум, водата действа като естествен амортисьор за шума, а вентилаторите в радиаторите са по-тихи. Течните охладителни системи са по-малки по размер и могат лесно да се регулират в компактен ITX компютър, което прави компютъра привличащ вниманието с по-добра естетика.

Заключение

Термодинамиката и инженерството трансформираха течното охлаждане, осигурявайки по-добра производителност на процесора с прецизно обработени пътища на потока. Постоянните модели на потока, използващи помпи и ефективни радиатори, които търговците използват за отопление на околната среда, го правят надеждно решение за охлаждане на съвременните високопроизводителни компютри. Те предлагат по-добра топлопроводимост, по-елегантен дизайн, подобрена естетика и по-тиха работа, което ги прави превъзходен избор пред решенията за въздушно охлаждане и превръща управлението на топлината в изкуство.

За практическо приложение на течните охладители за процесори , посетете страницата на ESGAMING за течни охладители . Ще намерите различни дизайни и капацитети за тези охладители, изработени от най-висококачествени материали.