تولید ، انتقال و دفع حرارت توسط سیتم های کامپیوتری

[mohamad161 85]

به نام خدا

 

(مقاله نوشته شده توسط لیون کامپیوتر)

مدت زیادی بود که قصد نوشتن یک مقاله جامع و کامل در خصوص تولید وانتقال گرما وهمچنین مناسبترین روش برای خنک سازی سیستم های کامپیوتری داشتم که متاسفانه به دلیل مشکلات کاری این امر میسر نمیشد . در این مقاله سعی شده مطالب با ساده ترین زبان ممکن بیان شوند و امیدوارم همگی دوستان عزیزم از مطالعه این مطلب نهایت لذت رو ببرند. اگه در انتها سوالی یا مشکلی بود تا سر حد توان اطلاعاتی در خدمت دوستان هستم .

 

خب با یک سوال ساده شروع میکنم . سوالی که در حین سادگی بسیار مهم هست و شاید عموم مردم جواب صحیحش را ندانند .

گرما چیست؟

مهمترین چیزی که در ابتدا باید بدونید اینه که گرما نوعی انرژی است و به راحتی از جسمی به جسم دیگر یا از ناحیه ای به ناحیه دیگر در اثر تماس حرارتی انتقال پیدا میکند .

انرژی گرمایی : هر جسم در حال حرکت دارای انرژی جنبشی است . اتم های تشکیل دهنده مواد پیوسته در حال حرکتند ، پس میتوان گفت همه آنها دارای انرژی جنبشی اند . به مجموع انرژی های جنبشی ذرات تشکیل دهنده آن ماده انرژی گرمایی آن ماده گفته میشود .

هنگامی که یک جسم گرم میشود انرژی جنبشی ذرات آن افزایش میابد . در واقع انرژی جذب شده توسط جسم در میان ذرات سازنده آن توزیع میشود . بنابراین انتظار میرود آن  ذرات با سرعتی بیشتر نسبت به قبل به حرکت خود ادامه دهند . لازم به ذکر است  این انرژی از زیر مجموعه انرژی های درونی محسوب میشود (در ترمودینامیک، انرژی درونی به انرژی ذرات سازنده مواد اطلاق می‌شود که افزایش آن همواره با افزایش دما همراه است) .

 

 

روش های انتقال گرما

برای انتقال انرژی گرمایی از جسمی به جسم دیگر یک شرط کلی لازم است : اختلاف دما بین آن دو جسم . وقتی دو جسم با دمای متفاوت در مجاورت یکدیگر قرار میگیرند انرژی گرمایی از جسم گرم تر به سمت جسم سردتر جریان میابد و تا زمانی که دو جسم هم دما شوند این جریان ادامه دارد و سپس متوقف میشود . به طور کلی انتقال گرما سه روش دارد که عبارتند از :

الف – رسانش : در این روش ابتدا قسمتی از ماده گرم میشود و ملوکول های آن قسمت جنبش بیشتری پیدا میکنند و به ملوکول های مجاور برخورد کرده و باعث به حرکت در آمدن آنها نیز میشوند و سبب گرم شدن ملوکول های قسمت مجاور خود میشوند و بسته به میزان انرژی گرمایی ، جنس و اندازه ماده به ندرت کل ماده به یک دمای واحد میرسد) اگر گرما کافی نباشد یا جنس ماده نارسانا و یا رسانای ضعیف باشد ممکن است در لحظه قسمتی از ماده گرمتر از قسمتی دیگر باشد (. در جامدات چون فاصله بین ملوکولی کم است این روش مهمترین روش انتقال گرما محسوب میشود . در مایعات به دلیل فاصه بین ملوکولی بیشتر نقش این روش کمرنگ تر میشود و در گازها به دلیل فاصله بین ملوکولی زیاد میزان انتقال گرما از طریق رسانش تقریبا ناچیز میشود .

 

ب- همرفت : همواره چگالی یک ماده سرد بیشتر از همان ماده گرم است)  زیرا اگر جرم ثابت باشد ماده گرم به دلیل انبساط همواره حجم بیشتری نسبت به همان  ماده سرد دارد و در صورت ثبات جرم هرچه حجم بیشتر باشد ماده چگالی کمتری دارد ( . حال یک ظرف آب را در نظر بگیرید . اگر آن را روی شعله بگذاریم ملوکول های کف آن به تدریج گرم میشوند و به دلیل افزایش دما چگالی آنها از ملوکول های بالاتر کمتر میشود . بنابراین به سمت بالای ظرف حرکت کرده و جای خود را به ملوکول های سردتر با چگالی بیشتر میدهند و این کار مرتبا ادامه پیدا میکند تا کل آب ظرف گرم شود .

برای انتقال گرما از طریق همرفت سه شرط اساسی لازم است :

یک – ماده باید مایع یا گاز باشد(در جامدات به دلیل عدم حرکت انتقالی ملوکول ها این امر امکانپذیر نیست )

دو – بین نقاط مختف جسم اختلاف دما وجود داشته باشد و یا بوجود بیاید

سه – قسمت گرم پایین تر از قسمت سرد قرار گرفته باشد ( زیرا اگر قسمت سرد پایین تر باشد به دلیل چگالی بیشتر ، قسمت سرد پایین میماند و جای خود را به قسمت گرم نمیدهد و جریان همرفت شروع نمیشود).

 

 

 

ج- تابش : در این روش اصلا به وجود ماده نیازی نیست(انتقال گرما از طریق تابش های الکترو مغناطیسی انجام میشود که چون موضوع بحث ما نیست وارد جزئیات آن نمیشوم ) . میزان گرمای منتقل شده از این روش به دو عامل دمای جسم و رنگ آن بستگی دارد .

هر چه دمای جسم بیشتر باشد انرژی تابش شده از آن هم بیشتر است . اجسامی که مشکی رنگ هستند نسبت به بقیه اجسام انرژی تابشی بیشتری منتقل و اجسام نقره ای نسبت به بقیه رنگ ها تابش گرمایی کمتری دارند .

 

 

 

گرما و افزایش حجم مواد : وقتی انرژی درونی جسم بالا میرود در واقع سرعت و تحرک مولوکول های تشکیل دهنده ماده افزایش میابد و مولوکول ها در هنگام حرکت بیشتر و شدیدتر به هم برخورد میکنند و از هم فاصله بیشتری میگیرند . همین امر باعث افزایش حجم ماده در هنگام بالا رفتن دمای آن میشود . البته نوع و جنس ماده در این افزایش حجم خیلی مهم است به طوری که این افزایش حجم در گازها بسیار زیاد ، در مایعات کمتر از گازها و در جامدات کمتر از مایعات است(که دلیل آن نیروی جاذبه بین ملوکولی بسیار قوی در جامدات نسبت به مایعات و گازهاست)

الکتریسیته و گرما :

ایا تا بحال فکر کرده اید که چرا وقتی وسالیل الکتریکی و الکترونیکی مدتی کار میکنند گرم میشوند ؟ یا اساس کار قطعاتی مانند اتو ، چای ساز و بخاری برقی چیست ؟ به صورت کلی میتوان گفت هر جا که پای الکتریسیته در میان باشد حتما نامی هم از گرما برده میشود حالا چه در سیستم های کامپیوتری و تبلت ها باشد چه در لامپ و یخچال . اما دلیل آن چیست ؟ اگر کنجکاو شدید در ادامه با ما همراه باشید .

 

الکتریسیته چیست و چگونه منتقل میشود ؟

انرژی الکتریکی صورتی از انرژی است . الکترونها (بارمنفی)با سرعت بسیار زیادی به دور هسته(پروتون ها با بار مثبت و نوترون های خنثی) همواره در گردش اند . در اثر این چرخش نیروی گریز از مرکزی به وجود می آید که میزان آن همواره با انرژی جاذبه بین هسته و الکترونها برابر است .  پس این برابری الکترونها را در حالت تعادل نگه میدارد و نمیگذارد از هسته فاصله بگیرند و ماده دارای ثبات است . هر گاه توسط نیرویی  (الزاما نیروی الکتریکی نیست بلکه میتواند نیروهای دیگری مانند مغناطیسی هم باشد) الکترونهای در حال چرخش به دور هسته را از مدار حرکت عادی خود خارج شده و در یک جهت به حرکت درآیند جریان الکتریکی در آن ماده برقرار میشود . این حرکت به صورت انتقالیست  یعنی هر اتم به اتم مجاورخود الکترون میدهد و از اتم کناری الکترون میگیرد و جریان برقرار میشود . پس جریان الکتریکی یک جسم برابر است با تعداد الکترونهایی که در امتداد جسم در حال حرکتند .

چون میزان بار مثبت پروتون وبار منفی الکترون برابر است و بین این دو همواره نیروی جاذبه وجود دارد پس یک پروتون همیشه یک الکترون را جذب میکند تا بار الکتریکی اتم خنثی شود ( طبیعت همواره نسبت به تغییر مقاومت نشان میدهد و همه اتم ها همواره میکوشند تا بار خنثی داشته باشند ) . حال وقتی با یک نیروی خارجی الکترون ها از اتم جدا شده و به سمت یک طرف جسم هدایت میشوند ، آن قسمت از جسم دارای الکترون های بیشتری است پس بارش منفی میشود و طرف دیگر جسم به دلیل کمبود الکترون دارای بار مثبت است . در نتیجه بین دوطرف جسم اختلاف به وجود می آید که این اختلاف به صورت انرژی پتانسیل الکتریکی در جسم ذخیره میشود تا زمانی که عامل یا عواملی باعث خنثی شدنش بشود . در این حالت هیچگونه جریان الکتریکی در جسم وجود ندارد و این انرژی فقط یک انرژی ذخیره شده است که به این نیروولتاژ الکتریکی میگویند . حال اگر عامل خارجی که باعث این مورد شده است متوقف شود الکترونها به دلیل تمایل ماده به ثبات الکتریکی سریعا به جای خود بازمیگردند و در یک لحظه جریان برقرار میشود( اساس کار انواعی از باتریها) پس نتیجه میگیریم تا زمانی که نیروی خارجی وجود دارد الکترونها نمیتوانند به جای خود بازگردند . اگر در همان حالت سیمی برداریم و به دو سرجسم قبلی وصل کنیم الکترونها سریعا از طریق سیم به  به سمت مخالف جسم حرکت کرده تا بار جسم خنثی شود و جریان در سیم برقرار میشود . پس در یک مدار الکتریکی کار اصلی بر عهده جریان الکتریکی (آمپر) است و اختلاف پتانسیل (ولتاژ) فقط نیروی ذخیره شده ایست که باعث به حرکت در آمدن الکترونها میشود .

 

 

توان الکتریکی در سیستم های کامپیوتری :

بر اساس قانون پایداری انرژی ، انرژی نه به وجود می آید و نه از بین میرو بلکه از نوعی به نوع دیگر تبدیل میشود . اصولا توان به معنی سرعت تبدیل انرژی است . هر چه سرعت تبدیل انرژی بیشتر باشد توان آن دستگاه بیشتراست . مثلا لامپی که توان بیشتری دارد در لحظه میتواند انرژی الکتریکی بیشتری را به انرژی نورانی تبدیل کند . سرعت تبدیل انرژی از تقسیم مقدار آن بر زمانی که آن انرژی تبدیل شده بدست می آید . پس اگر میزان انرژی بر زمان تقسیم شود فرمول توان در الکتریسیته به این شرح میشود : توان برابر است با ولتاژ ضربدر آمپراژ . البته این رابطه فقط در مدارهای برق مستقیم صحیح است و از آنجا که برق کامپیوتر ها مستقیم است برای بحث ما کافیست .

حال سوال هنوز بدون جواب باقی مانده است ؟ چگونه وجود جریان الکتریسیته در یک جسم باعث گرم شدن آن میشود ؟

یک سیم را در نظر بگیرید . وقتی در یک سیم جریان الکتریکی برقرار میشود الکترون هادر طول سیم شروع به به حرکت میکنند . این الکترونها مانند افرادی میمانند که در یک بازه زمانی مشخص میخواهند از مقطع یک تونل (سیم) عبور کنند . این افراد در هنگام حرکت با یکدیگر و همجنین به دیواره تونل برخورد میکنند . حال هر چه تعداد افرادی که در بازه زمانی مشخص باید از این تونل عبور کنند بیشتر باشد افراد اجبارا باید با سرعت بیشتری حرکت کنند و طبیعتا برخورد انها با یکدیگرو دیواره افزایش میابد (تونل را نوعی گلوگاه برای مدار در نظر بگیرید) پس اگر بخواهیم جریان را افزایش دهیم الکترونها برخورد بیشتری باهم دارند و در اثر اصطکاک زیاد سیم گرم میشود و اگر جریان عبوری بیشتر از حد مجاز سیم باشد سیم ذوب میشود . هر چه مقاومت جسم بیشتر باشد  میزان اتلاف انرژی در هنگام عبورجریان الکتریکی از آن بیشتر است . این حرارت یک نوع انرژی به هدر رفته حساب میشود و راندمان یک سیستم با افزایش حرارت در قطعات پایین می آید . از سویی با گرم شدن تدریجی قطعات عمرمفید آنها کاهش چشمگیری خواهد داشت .

 

 

 

رساناهای جریان الکتریکی :

 اگر اتمی در لایه آخر خود یک یا دو اتم داشته باشد رسانا خواهد بود. فلزات اکثرا رسانا یا هادی و نافلزات اکثرا نارسانا یا عایقند. بهترین رساناهای الکتریسیته به ترتیب طلا ، نقره و مس هستند (در هنگام عبور جریان کمترین گرما را تولید میکنند)ولی به دلیل گرانی معمولا از مس خالص یا با ناخالصی های مختلف مانند آلومینیم استفاده میشود . جالبه بدونید که رساناهای الکتریسیته به دلیل داشتن الکترون های آزاد زیاد و سهولت انتقال حرارت بین آنها غالبا رساناهای گرمایی خوبی نیز هستند . موادی هم به نام نیمه رسانا وجود دارند که در شرایطی رسانا و در شرایطی نارسانا هستند که به دلیل مرتبط نبودن با بحث بهشون پرداخته نمیشه .

 

خب از اینجا دیگه وارد بحث کامپیوتر ها میشویم . در جملات بالا سعی بر این بود که به ساده ترین صورت ممکن اطلاعات پایه ای که برای این مبحث ضروری بودند داده بشه تا بزرگواران در صورت فراموشی مطلبی آن را مجددا  به خاطر بیاورند .

 

سیستم های کامپیوتری و گرما

شاید مسئله حرارت در سیتم های استاندارد خانگی یا سیستم های اداری موضوع چندان مهمی نباشد ولی وقتی صحبت از سیستم های گیمینگ و مهندسی با پردازنده های چند هسته ای و کارت گرافیک های حرفه ای به میان می آید موضوع کاملا جدی میشود خصوصا اگر پای اوورکلاک هم در میان باشد اهمیت این قضیه چندین برابر میشود .

به طور کلی میتوان گفت حرارت تولیدی سیستم کابوس شب دارندگان قطعات حرفه ایست زیرا تاثیر مستقیم بر میزان اوورکلاک پذیری سیستم و همچنین طول عمر مفید قطعات دارد البته کارت های گرافیک ، پردازنده ها و چیپست های جدید به دلیل بهبود تکنولوژی ساخت ، استفاده از مواد مرغوب تر و صد البته درایور ها و سیستم عامل های جدیدتر( که دارای باگ های نرم افزاری کمتری هستند و همچنین میزان لود قطعات ، فرکانس و ولتاژ آنها را بر اساس نیاز سیستم کاهش یا افزایش میدهند)تا حد زیادی دارای مصرف برق پایینتری میباشند که به صورت مستقیم بر دمای لود و حالت بیکاری فطات تاثیر مثبت میگذارد ولی همچنان به کولینگ این سیستم ها باید توجه ویژه ای شود و یکی از اولویت های خرید ، قطعات کولینگ میباشد  که در دراز مدت موجبات ضرر و زیان فراهم نشود. ذکر این نکته ضروریست که  نحوه اسمبل صحیح و چینش فن های  کیس علاوه بر زیبایی فضای داخلی در کولینگ بهتر سیستم  کمک شایانی خواهد کرد .

 

 

خب در یک سیستم دو نوع توان وجود دارد که در زیر توضیحات مختصری در مورد آنها داده میشود .

 

توان تولیدی (پاور)

پاور ذاتا یک اینورتورجریان متناوب به مستقیم بسیار پیشرفته است . وظیفه اصلی آن دریافت برق متناوب شهری و تبدیل آن به برق مستقیم با ولتاژ های مورد نیاز سیتم است . )این ولتاژ ها در همه سیستم ها استاندارد و یکسان هستندولی شدت جریان ها متفاوتند ) پاور های حرفه ای تر شدت جریان و ثبات ولتاژ بیشتری نسبت به پاورهای معمولی دارند پس همانگونه که قبلا در فرمول توان توضیح داده شد دارای توان خروجی بیشتری هستند . در این بین پاورکل برق ورودی را به برق مستقیم تبدیل نمیکند و مقداری انرژی تلف شده به صورت گرما تولید میشود که هر چه مقدار آن کمتر باشد بهتر است زیرا انرژی کمتری اتلاف میشود و گرمای کمتر پاور با عمر مفید آن رابطه مستقیم دارد . بنابراین استاندارد های +80 نیز به همین دلیل پا به دنیای پاور ها گذاشته اند (مثلا پاور های +80 برنز در %50 میزان لود خود %85 درصد از انرژی دریافتی خود را به برق مستقیم برای سیستم تبدیل میکنند و %15 اتلاف انرژی دارند که به صورت گرما خود را نشان میدهد). 

لازم به ذکر است که انتخاب یک پاور مناسب با سیستم از یک برند معتبر علاوه بر تاثیر بسیارمثبت در مصرف برق به دلیل ثبات در ولتاژ و آمپراژ به عمر مفید قطعات سیستم و خود پاور کمک شایانی خواهد کرد . خواهشمندم نقش پاور درسیستم را جدی بگیرید !

 توان مصرفی (کلیه قطعات به جز پاور):

کلیه قطعات دیگر سیستم از پردازنده مرکزی و رم گرفته تا رایتر و فن ها همه مصرف کننده توان تولیدی توسط پاور هستند . یکی از شروط اصلی یک سیستم خوب مناسب بودن پاور برای قطعات آن سیستم است که انشاالله مقاله ای به صورت مفصل در مورد آن نوشته میشود .

قطعات دیگر سیستم هم مانند پاور در هنگام کار به دلیل عبور جریانات الکتریسیته مختلف از خود مقداری از انرژی را به صورت گرما هدر میدهند که مهمترین آنها cpu و gpu هستند (به دلیل ساختار نیمه هادی ، مقاومت الکتریکی بالا فرکانس کاری بالا و همچنین شدت جریان ورودی).زیاد  چیپست های جدید که به دلیل تکنولوژی ساخت بالا در چند سال اخیر دارای افت دمای قابل توجهی بودند و مموری ها هم با ورود مموری های Low Voltage و همچنین نصب هیت سینک برروی آنها میتوان گفت عموما نیاز به نگرانی خاصی ندارند و در صورت وجود تهویه مناسب در کیس در دمای قابل قبولی کار میکنند . هارد ها و ODD ها هم به همین صورت . زیرا با بهینه شدن موتورها و بسیاری از قطعات دیگر گرمای آنها بسیار ناچیز است و نهایتا با تعبیه یک فن ورودی در پنل جلوی کیس اگر مشکلی هم وجود داشته باشد رفع میشود . با ورود SSD ها به بازارهم که کلا کار و کاسبی هارد ها بسیار خراب شده زیرا این کوچولو های دوست داشتنی علاوه بر سرعت چندین برابری هارد های قدیمی دارای مصرف برق کمتر ، گرمای تولیدی کمتر ، بدون نویز صوتی و همچنین مقاومت بالاتر در برابر ضربات نسبت به HDDها هستند . پاور ها هم که در صورت استاندارد بودن و تناسب با سیستم از عهده خنک کنندگی خود برمی آیند (یکی از مزایای مهم درکیس های جدید که دارای اسکلت معکوس هستند نصب پاور در قسمت پایین کیس است . به این صورت دمای سیستم بر دمای پاور تاثیر نگذاشته و عمر مفید پاور افزایش خواهد داشت)

 

قطعات کولینگ در کامپیوتر ها را بهتر بشناسیم

کولینگ مانند هر عمل دیگری در کامپیوتر نیاز به تجهیزاتی دارد که کمپانی های سازنده معتبری تمرکز اصلی خود را در تولید و فروش آنها دارند  (معمولا کمپانی های سازنده پاور و کیس بر روی تولید این تجهیزات تمرکز میکنند) در ادامه  قطعاتی که صرفا در کولینگ کامپیوتر ها نقش دارند معرفی شده و سعی میشود که هر یک از آنها به تفکیک بررسی مختصری شود .

 

هیت سینک :

هیت سینک ها قطعاتی فلزی هستند که بر روی پردازنده ها و چیپست ها قرار میگیرند و سطح تماس آنهارو با محیط اطراف بیشتر میکنن و به همین دلیل تبادل گرمایی بین قطعه مورد نظر و هوای اطراف بهتر انجام میگیرد .  در بعضی مواقع هم یک یا تعدادی  فن بر روی آنها تعبیه میشود که به این تبادل گرمایی کمک شایانی میکند . خب شاید بپرسید چرا فن مستقیما بر روی سطح قطعه مورد نظر کار نمیکند تا دمای آن را کاهش دهد یا به عبارت دیگر دلیل وجود هیت سینک به عنوان واسطه چیست؟ جواب خیلی ساده است . هر چه سطح تماس دو جسم با هم بیشتر باشد انتقال گرما بین آن دو بهتر انجام میگیرد . مثلا چای در لیوان خیلی دیرتر از نعلبکی خنک میشود (گرمای خود را به هوا انتقال میدهد) به این دلیل که در نعلبکی سطح تماس چای با هوا بیشتر است . خب پس نتیجه میگیریم مهمترین کار هیت سینک ها افزایش سطح تماس قطعه با هوای پیرامون است زیرا در پردازنده ها vga ها و بعضا چیپست ها به دلیل کوچک بودن قطعه ، سطح تماس قطعه با هوای پیرامون بسیار پایین است و  چون آنها گرمای بسیار زیادی تولید میکنند حتی با قویترین فن ها هم نمیتوان آنها را خنک کرد و ناچارا باید از هیت سینک ها استفاده کنیم . خب پس بدون شک هیت سینک ها نقش مهمی را در خنک سازی این قبیل قطعات بازی میکند زیرا خنک کننده های بسیاری هستند که به صورت passive (بدون فن) کار میکنن وخنک کردن پردازنده ها بدون هیت سینک تقریبا غیر ممکن است ( مگر در شرایط خاص که بعدا به آنها میپردازیم ) ولی تاثیر فن روی هیت سینک در خنک سازی بیش از چندین درجه نیست . پس درسته که فن ها تاثیر بسیار زیادی در انتقال گرما دارند ولی تاثیر هیت سینک ها مهمتر و بعضا حیاتی است .

 

 

هیت پایپ : هیت پایپ ها لوله هایی فلزی هستند ( بیشتر از جنس مس یا الومینیوم ) که وظیفه اصلی آنها انتقال حرارت از نقطه ای به نقطه دیگر است . معمولا هیت پایپ ها از یک طرف مستقیما به قطعه موردنظر و از طرف دیگر به هیت سینک متصل میشوند و گرما رو به هیت سینک منتقل میکنند و هیت سینک هم که گرمارو به هوای پیرامون انتقال میده . خب چرا گرما مستقیما از سطح قطعه به هیت سینک منتقل نمیکنن  و آن را با هیت پایپ جابه جا میکنند ؟ این امر دلایل بسیار زیادی دارد  از جمله تاثیر نگذاشتن دمای هیت سینک بر قطعات مجاور و یا در صورت این که قطعه مورد نظر در مسیر جریان هوا نباشد پس گرما را ا هیت پایپ به مسیر جریان هوا انتقال داده و هیت سینک در آنجا قرار میگیرد تا بهتر خنک شود . هیت پایپ انواع مختلفی دارد و به روش های مختلفی  گرما را انتقال میدهد که به دلیل طولانی نشدن این مقاله  و اینکه یدیو خیلی بهتر اطلاعات را انتقال میدهد  شما را به دیدین ویدیوی زیر که دوستان زحمت ترجمه و زیرنویس آن را کشیده اند دعوت میکنم :

http://forum.lioncomputer.ir/index.php?s=4ca6c4dd45066f965c6926999dc9ee4a&app=videos&do=view&id=32

 

خنک کننده های مایع ( water cooling )

درسال های اخیر خنک کننده های مایع از یه ابزار حرفه ای و گرون قیمت به یه ابزار با مصرف روزانه مردم و قیمت خوب تبدیل شده اند و مردم را خوشحال و اوورکلاکر ها رو خوشحال ترکرده اند  :)  . خب چرا مایع ؟ آیا همون هیت سینک و هیت پایپ با فن های گرون کافی نبود ؟ خب به این مسئله میتوان از دو دیدگاه کاملا متفاوت نگاه کرد . 1- عادی 2- حرفه ای

برای کاربری عادی شاید این قضیه عجیب یا شاید خنده دار به نظر برسد چون یه ایر کولر قوی برای این نوع کاربری کاملا کافی و یا حتی بیش از اندازه قوی است ولی برای اوورکلاک های حرفه ای ، سیستم های گیمینک حرفه ای ، کارهای پردازشی سنگین مثل رندرینگ های طولانی مدت و یا سیستم هایی که مدت زمان زیادی باید دائما کار کنند بهترین راه واترکولینگ است .

 

 

واترکولینگ چیست و چگونه کار میکند ؟

واترکولینگ از بلاک برای تماس با قطعه مورد نظر- شیلنگ برای انتقال مایع - رادیاتور برای انتقال گرما از مایع به هوا - فن برای کمک به انتقال گرما بین رادیاتور و هوا - مایع منتقل کننده گرما (coolant ) و نهایتا یک پمپ برای به حرکت در آوردن مایع در سیستم واترکولینگ ساخته شده است . گرما از قطعه مورد نظر به بلاک منتقل میشود و بلاک گرما رو به مایع درون خود انتقال میدهد . پمپ مایع رو به حرکت در آورده و به سمت رادیاتور هدایت میکند *. در رادیاتور بین مایع و هوای مجاور به صورت غیر مستقیم تبادل گرمایی انجام میشود و چون مایع گرمتر است گرما از مایع به هوای مجاور داده میشود و فن هم به این امر کمک میکند .

 

*جریان همرفت برای به حرکت تر آوردن مایع اصلا کافی نیست و در صورت خاموش شدن پمپ ، عملکرد کولر با اختلال مواجه میشود.

 

 

مواردی که در کیفیت کار واترکولینگ ها تاثیر دارند عبارتند از:

1-رسانایی گرمایی بلاک هر چه بیشتر باشد گرما بهتر از قطعه به مایع منتقل میشود

2-ظرفیت گرمایی مایع هر چه بیشتر باشد انرژِی گرمایی بیشتری از بلاک گرفته شده و به سمت رادیاتور حرکت میکند . *

3-طول رادیاتور هر چه طولانی تر باشد سطح تماس مایع با هوای پیرامون بیشتر شده و گرما بهتر به محیط منتقل میشود بنابراین مایع خنک تر شده و مایع خنک تری به سمت بلاک برمیگردد و نهایتا مایع در سری بعد گرمای بیشتری از بلاک میگیرد و ین چرخه ادامه میابد .

4-پمپ هر چه سریعتر مایع را به گردش دربیاورد این چرخه سریع تر به وقوع میپیوندد و گرمای کمتری در بلاک میماند و نهایتا قطعه خنک تر میشود .

5-فن ها هرچه سریعتر کار کنند هوای بیشتری از بین پره های رادیاتور عبور میدهند پس رادیاتور و طبعا مایع درون آن خنک تر میشود .*

6-قطر شیلنگ هر چه بیشتر باشد مایع بیشتری در یک زمان معین از آن عبور میکند و علاوه بر انتقال بهتر گرما پمپ کمتر کار میکند و نهایتا برق کمتری مصرف و صدای کمتری توسط پمپ تولید میشود .

 

پاورقی

*1-ظرفیت گرمایی ماده عبارت است از میزان انرژی گرمایی که باید به ماده داده شود تا دمای آن یک درجه افزایش پیدا کند . همه مواد ظرفیت گرمایی متفاوتی دارند . لازم به توضیح است که در خنک کننده های مایع هر چه میزان آن  بیشتر باشد بهتر است زیرا مایع گرمای زیادی را از بلاک دریافت میکند ولی دمای خود افزایش چشمگیری پیدا نمیکند و آماده دریافت مقدار بیشتری انرژی گرمایی است . میتوان گفت بزرگترین دلیل برتری واترکولینگ ها نسبت به ایرکولرها ظرفیت گرمایی بسیار بیشتر آب نسبت به هواست .(آب دارای ظرفیت گرمایی بسیار بالایی است و به مقدار فراوان یافت میشود و همین دلیل استفاده آب در خنک کننده های مایع ، رادیاتور ماشین ها و .... است )

*2- ملاک ایجاد جریان هوای بیشتر توسط فن صرفا میزان چرخش آن (RPM) نیست بلکه موارد بسیار مختلفی در این امر دخیلند (مثل زاویه پره ها و اندازه فن) که در مقلات آینده به آنها پرداخته میشود .

 

http://lioncomputer.ir/uppic/images/t3ig5puz3xtgxgsdlktk.jpg

 

 

خمیر حرارتی (خمیر سیلیکون)*

موادی هستند به صورت نرم که درون یک سرنگ یا ظرف کوچک فروخته میشوند . انواع با کیفیت آن دارای رنگ خاکستری و نوعی چسبندگی میباشند . در آنها مواد بسیار زیادی از قبیل اکسید الومینیوم ، اکسید روی ، نیترید آلومینیوم، کربن ، نقره ، مواد چسبنده مایع ، پودر فلز یا پودر سرامیک و بسیاری مواد دیگر تشکیل شده اند . وظیفه آنها انتقال حرارت از سطح قطعه مورد نظر به هیت پایپ یا هیت سینک است . دلیل استفاده از آن پر کردن حفره های ریز و درشتی است که در محل تماس  قطعه یا هیت سینک ایجاد میشود . همانطور که میدانید هوا رسانای گرمایی خوبی نیست و وقتی هیت سینک روی سطح پردازنده یا هر قطعه دیگر قرار میگیره نقاطی هستند که کاملا با هم تماس پیدا نمیکنند و دارای فاصله کم و بعضا میکروسکوپی هستند . در صورت استفاده نکردن از این خمییر این نقاط دارای دمای بیشتری نسبت به نقاط دیگر (که با سطح هیت سینک به خوبی در تماسند) میشوند و موجب یکسان نبودن دمای سطح قطعه ، محبوس شدن گرما در برخی نقاط و نهایتا بالاتر رفتن دمای قطعه میشود . این خمیر ها انواع بسیار گوناگون دارند که دوستان قبلا در طی مقاله ای همگی آنها رو به صورت کامل معرفی کردند .

http://lioncomputer.ir/article/26/

 

*لازم به ذکر است که واسطه های گرمایی انواع گوناگون دارند (مانند پد های انتقال دما) که به دلیل همه گیرتر بودن خمیر های حرارتی فقط به آنها پرداخته شده است .

 

 

 

محمد خالونظری

ویرایش شده دسامبر 13, 2015 توسط Mohammad Lion