Жидкостное охлаждение ПК на жидком металле? [закрыто]

21

Что произойдет, если вы поместите огромное количество жидкого металла в специальную охлаждающую петлю вместо воды / охлаждающей жидкости? С какими проблемами вы столкнетесь? Будет ли какая-то польза от этого?

БОНУС: Что если бы вы использовали медные трубки вместо стандартных пластиковых / стеклянных трубок и перекачивали жидкий металл через медные трубки? А также использовал медный блок процессора?

FatalSleep
источник
Комментарии не для расширенного обсуждения; этот разговор был перенесен в чат .
Подмастерье Компьютерщик
Сколько металлов жидкое при комнатной температуре? Все остальные металлы необходимо нагреть до высокой температуры, которая будет нагревать, а не охлаждать вашу систему.
Инфильтратор

Ответы:

28

Все в ответе Келтари верное, я просто хочу дополнить его другой важной информацией:

Когда вы хотите «передать» тепло, вам нужно иметь дело с двумя основными значениями: теплопроводность и теплоемкость. Во-первых, как легко получать / отдавать тепло от / к другому материалу, например, получать тепло от горячей поверхности и отдавать тепло холодной поверхности. Во-вторых, сколько энергии он может хранить.

Теплопроводность жидких металлов очень низкая по сравнению с твердыми. Чистый, твердый алюминий имеет теплопроводность около 200 Вт / (м К), чистая медь - около 390 Вт / (м К). Ртуть, с другой стороны, имеет значение около 8,5 Вт / (м К), а значение для воды - около 0,6 Вт / (м К). Таким образом, жидкие металлы лучше, чем вода, для передачи тепла, но гораздо хуже, чем твердые металлы.

Теплоемкость является еще одной частью. Изменение температуры на 1 К (т.е. изменение на 1 ° C или 2 ° F) для жидкой воды требует 4,187 кДж / кг, в то время как такое же изменение для ртути составляет 0,125 кДж / кг, это означает, что такое же тепло от поверхности ЦП подвергается 32-кратному большее изменение температуры в ртути!

Если подумать просто, то в 14 раз лучшая проводимость и в 32 раза худшая теплоемкость - это примерно на 50% худшая сумма, связанная с водяным охлаждением, и все же без учета других опасных факторов, таких как токсичность или факторы короткого замыкания. (Этот расчет не является правильным, потому что есть много других параметров, от которых зависят эти значения, такие как текущая температура, давление, и есть боковое рассеяние при передаче и т. Д.)

Udev
источник
Что если теоретически у вас были какие-то медные тепловые трубки, которые качали жидкий металл вместо воды? Смотрите пересмотренный вопрос.
FatalSleep
3
@uDev Теплопроводность NaK составляет 218 Вт / м, что немного лучше, чем у алюминия. Проблема не в жидком металле, а в выборе ртути, которая является худшим металлом для охлаждения. Это все равно что сказать, что твердый металл не подходит для радиатора, потому что титан составляет всего 21,9 Вт / (м · К). Этот ответ основан на ложной предпосылке.
Agent_L
1
Я далеко не специалист в данной области, но мне кажется, что меньшую теплоемкость ртути можно преодолеть, увеличив скорость потока.
канадец
1
@uDev Предположительно, система охлаждения передает тепло в окружающую среду, и в этом случае теплоемкость самого хладагента не должна иметь значения, если скорость потока достаточно высока.
канадец
1
@uDev Вопрос задал вопрос, что произойдет, если вы замените воду жидким металлом. Ваш ответ частично неверен и должен быть отредактирован, чтобы отразить объемное сравнение теплоемкости. Меркурий имеет ~ 14-кратную удельную электропроводность и ~ 44% теплоемкость воды. Я думаю, это означает, что максимальное количество тепла, которое может перенести система Меркурия, в ~ 7 раз превышает максимальное количество, которое может быть перемещено с водой за то же время.
Кеннет Мур
43

Хотя на первый взгляд это может показаться хорошей идеей, на самом деле это очень плохая идея.

Есть два металла (не включая сплавы), которые являются жидкими при комнатной температуре: ртуть и галлий.

Прежде всего, ртуть чрезвычайно токсична, и с ней должны обращаться только эксперты.

Галлий разъедает алюминий и сталь , и это то, через что проходит охлаждающая жидкость, чтобы поглотить тепло. Это в конечном счете разрушит суставы и радиаторы, что приведет к следующей проблеме.

Как ртуть, так и галлий являются электрическими проводниками. Если любая из двух жидкостей попадет на электронику, это может вызвать короткое замыкание и даже повредить электронику. И снова ртуть чрезвычайно токсична. Это само по себе является причиной не использовать их.

Ртуть и галлий имеют высокую скорость объемного расширения из-за высокой температуры. При сильном нагревании они могут значительно расширяться, и давление разрушит линии охлаждения.

Сам галлий не является жидкостью при комнатной температуре. Он имеет температуру плавления 85,58 ° F (29,76 ° C), что означает, что ПК был выключен, и он полностью остыл, галлий затвердеет. Это, конечно, может вызвать проблемы, так как жидкость не сможет течь.

Редактирование еще несколько мыслей:

Меркурий очень, очень тяжелый. Один литр ртути весит волос менее 30 фунтов (13,5 кг). Один литр галлия весит 13,02 фунта (6 килограммов). Чтобы переместить эту жидкость, понадобился бы огромный насос. Один только вес может привести к изгибу или поломке печатных плат.

Keltari
источник
4
Я думал, что органические соединения ртути были чрезвычайно токсичны, а сама ртуть только умеренно токсична? (то есть вы едите и умираете, но прикосновение к коже половины капли не убьет вас - в отличие от вышеупомянутых органических соединений ртути)
user253751
3
«Галлий разъедает все металлы, кроме вольфрама и тантала, которые обладают высокой устойчивостью к коррозии». Галлий (жидкий или твердый) разъедает все формы латуни?
DavidPostill
3
Объемное расширение может быть решено с помощью резервуара, который не заполнен до краев (iow, дайте ему куда-то расширяться)
трещотка урод
5
Рицин и тетродотоксин чрезвычайно токсичны. Меркурий - это «береги себя, не ешь».
Хоббс
5
Элементарная ртуть даже отдаленно не близка к «чрезвычайно токсичной». Вы можете справиться с этим и выбросить мусорную корзину. Вы можете съесть это, и это пройдет через другой конец. Вы можете ввести его, и это не повредит вам, кроме механической блокировки. Вы будете в порядке, если не будете делать это повторно, потому что биодоступность элементарной ртути очень низкая. Диметилртуть, с другой стороны, вы касаетесь его капли резиновой перчаткой, и это было вашим смертельным воздействием.
Agent_L
22

Жидкокристаллические процессорные кулеры уже существуют:

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

Этот использует NaK: эвтектический сплав натрия и калия, который пугающе реагирует с воздухом, водой и практически с чем угодно:

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

Этот же сплав используется для охлаждения в атомной энергетике.

Fleetie
источник
Любой, кто изучал химию в старшей школе, знал бы, что это очень, очень плохая идея для использования охлаждения ПК ... все щелочные металлы очень реактивны, и KNa ничем не отличается. Объединение этого с электромагнитным излучением и железным кожухом, в котором оно содержится, действительно делает такой продукт непрактичным как для потребителей, так и для рабочих станций. Классное изобретение, служит цели, но я не могу представить, чтобы домашний или рабочий ПК был оснащен одним из них, особенно учитывая дополнительные расходы на страхование арендатора / дома / бизнеса из-за высокого риска реактивности щелочных металлов.
JW0914
1
@ JW0914 Я думаю, вы сильно преувеличиваете риск. Учтите, что людям разрешено иметь печи и печи в своем доме. Им даже разрешают иметь газовые плиты, которые подключены к трубам, которые могут доставлять неограниченное количество взрывоопасного топлива. И не говорите мне о тех смертельных ловушках, которые они хранят в своем гараже, в которых хранится более 15 галлонов бензина!
Cort Ammon - Восстановить Монику
@CortAmmon Fuel требует источника воспламенения, щелочные металлы - нет ... экзотермической реакции, которая происходит со щелочными металлами, достаточно, чтобы самопроизвольно сжечь металлы в результате сильного взрыва (если вы никогда не испытывали этого в химии средней школы, посмотрите YouTube). Это классный продукт, но несет в себе уровень риска, который большинство информированных потребителей (не говоря уже о страховых компаниях) не сочтет приемлемым.
JW0914
@ JW0914 Я видел, на что способны несколько граммов щелочных металлов. Это впечатляет, не поймите меня неправильно. Но это впечатляет в довольно небольших масштабах. Я положу это таким образом, я думаю , что страховые компании должны быть гораздо более обеспокоены с малышами , чем они с радиаторами Danamics. Малыши тоже не нуждаются в источнике возгорания.
Cort Ammon - Восстановить Монику
Или, если на то пошло, владельцы планшетов Samsung. Удивительно, что опасные вещи мы носим с собой!
Cort Ammon - Восстановить Монику
6

Будет ли какая-то польза от этого?

Нет. Цикл WC не является вашим контуром центрального отопления, который работает с температурным градиентом. В типичном контуре WC надлежащего размера охлаждающая жидкость циркулирует достаточно быстро, чтобы все элементы (блоки и радиатор) были почти одинаковой температуры. Это означает, что лучшая охлаждающая жидкость не сильно изменится, и весь цикл ограничен характеристиками радиатора. Даже если это так, как сказал Нат, теплопередача теплоносителем равна [теплоемкости] * [расходу]. Поэтому трудно переоценить, насколько проще заменить насос чем-то из серии Laing E (и заменить трубки на более крупные, чтобы сохранить низкое трение), чем разрабатывать все с нуля для жидкометаллического теплоносителя.

Даже в атомной промышленности жидкий металл используется не только потому, что он обладает большей теплоемкостью, чем вода, но и потому, что вода обладает свойствами, замедляющими нейтроны, что делает ее полностью непригодной для реакторов на быстрых нейтронах (таких как бортовой USS Seawolf).

БОНУС: Что если бы вы использовали медные трубки вместо стандартных пластиковых / стеклянных трубок и перекачивали жидкий металл через медные трубки?

Ничего такого. Скорость теплопередачи по медной трубе незначительна по сравнению со скоростью теплопередачи через движущийся теплоноситель внутри. Так же, как с тепловыми трубками. Они медные, чтобы переносить тепло внутрь и наружу. В продольном направлении тепло передается паром - вот почему однажды проколотая тепловая труба становится бесполезной.

А также использовал медный блок процессора?

Большинство из них уже медные. Если это не очевидно, это потому, что они никелированные.

Если вы хотите радикального улучшения производительности унитаза, переместите радиатор в холодное место, например, из окна. В зимнее время напряжение 16 ° C легко выполнимо:) Поддержание радиатора в том же потоке воздуха, что и другие компоненты, сводит на нет самое большое преимущество унитаза: отвод тепла далеко-далеко.

Agent_L
источник
4

Подобные вещи могут быть довольно опасными и, по-видимому, представляют собой серьезную проблему безопасности для тех, кто пробует их дома. Итак, серьезно, этот ответ является гипотетическим - не пытайтесь делать это дома и т. Д.

Ответ @ uDev верен: вас будут интересовать две вещи:

  1. Теплопроводность : как быстро тепловая энергия (тепло) проходит через вещество.

  2. теплоемкость : сколько тепловой энергии (тепла) может удерживать вещество (в данном случае, до того, как оно станет слишком горячим для поглощения).

Вода часто является отличным теплоносителем, потому что у нее довольно высокая теплоемкость. Это означает, что для его нагрева требуется относительно большое количество тепла.

Тем не менее, я думаю, что некоторые другие ответы переоценили, насколько важна теплоемкость в этом случае. Проблема в том, что мы не просто разогреваем определенное количество охлаждающей жидкости; вместо этого охлаждающая жидкость постоянно течет, так что мы в основном обеспокоены

  • [теплоемкость] * [расход].

Таким образом, если выбран хладагент с более низкой теплоемкостью, разницу можно компенсировать путем увеличения скорости потока хладагента до некоторого разумного предела, например, когда теплота трения потока жидкости становится проблематичной или давление потока вызывает механическое воздействие. наносить ущерб.

Так что, да , в принципе, большая теплопроводность жидкого металла может быть полезной в некоторых конструкциях.

Практическим ограничением является то, что охлаждающий контур обеспечивает только один источник теплового сопротивления в охлаждающем механизме. Таким образом, даже если бы оно было оптимизировано для получения очень низкого эффективного теплового сопротивления, общее тепловое сопротивление системы могло бы продолжать поддерживаться тепловым сопротивлением процессора и теплообменника на нем.

натуральный
источник
Там много параметров, о которых я не говорил. Теплотехника - это отдельная наука, которая не вписывается в некоторые направления. Когда я планировал одноразовый лазерный диодный кулер (около 10 лет назад, от корпуса с диодным интегрированием до кулера + вентиляторы), потребовались недели (включая эксперименты с подтверждением), пока мы не получили приемлемое решение (которое все еще находится в производстве).
августа
1
@uDev Ха, да, у этих систем может быть много работы. Честно говоря, вопрос кажется немного плохим для SuperUser, поскольку на этом сайте, по-видимому, не включен TeX; было бы веселее заняться этим на SE.Engineering или еще чем-нибудь.
Nat