طرز کار خنک کننده ها مبتنی بر تکنولوژی HeatPipe

[maxel134 2370]

طرز کار خنک کننده ها مبتنی بر تکنولوژی HeatPipe

در حال حاضر ، استفاده از heat pipe ها در وسایل و کالا های مختلف ، به یک مسئله عادی تبدیل شده است. در گذشته نچندان دور ، استفاده از این وسایل محدود به سفینه های فضایی و برای انتقال حرارت قسمتهای مختلف یک سفینه ، به قسمتهای دیگر بود.

اما در حال حاضر شما می توانید تعدادبسیار زیادی از اینگونه تجهیزات را در لپ تاپ ها یا کامپیوتر های شخصی ببینید. در حال حاضر تکنولوژی ساخت ، دیگر محدود به 2 یا 3 تولید کننده نبوده که باعث ایجاد یک بازار رقابتی و افت قیمت اینگونه محصولات شده است.

در حال حاضر ، اگر از عموم کاربران کامپیوتر و در مورد اینگونه heat pipe ها سوال شود ، بسیاری از انها اطلاعی در این مورد ندارد. ما در اینجا سعی بر این داریم که شما را تا حدودی با اصول کاراکد این وسایل آشنا کنیم.

HeatPipe چیست.

هیت پایپ وسیله ای است که قابلیت انتقال حرارت بسیار بالایی دارد و برای انتقال حرارت بکار می رود.. هیت پایپ ها برای اساس این اصول فیزیکی ، طراحی و ساخته شده اند:

با تبخیر یک مایع در سمت گرم لوله ، انرژی حرارتی از محیط گرفته و جذب می شود و بدیدن ترتیب تبخیر این مایع ، باعث خنک شدن محیط اطراف می گردد. اما در این شرایط شما هنوز از شر گرما خلاص نشده اید بلکه آنرا از یک قطعه داغ ،مثلا cpu به لوله های هیت پایپ و مایع ای که تبخیر شده انتقال داده اید. برای این منظور، سمت دیگر لوله باید خنک شود تا این گرمایی که در مایع بخار شده ، جذب شده است ، به بیرون انتقال پیدا کند.

با توجه به این خاصیت و با استفاده از هیت پایپ، می توان وسیله ای ساخت که قابلیت انتقال حرارت آن بسیار بیشتر از یک هیت سینک مسی ساده باشد.. یک نکته ای که باید توجه داشته باشید این است که در یک هیت پایپ، انتقال حرارت بدون صرف هیچگونه انرژی اضافی انجام می شود که بسیار مهم است. نقطه ضعف این سیستم های خنک کننده هم این است که شما نمی توانید بی این وسیله، یک قطعه را به دمایی پایینتر از دمای محیط خنک کنید.

موادی که در هیت پایپ ها و به عنوان ماده انتقال دهنده حرارت استفاده می شوند عبارتند از:

دماهای خیلی پایین شامل ، نیتروژن ، هلیوم و امونیاک

دمای محیط که قطعات الکترونیکی در این محدوده کار می کنند شامل: آب مقطر به همراه انواع افزودنی مانند استون، متانول، اتانول، تولوئن،

دمای خیلی بالا شامل ، جیوه

اما لوله های هیت پایپ ها دارای انواع متفاوتی می باشند مانند

Grooved pipe. که در این سیستم ها خاصیت مویینگی تاثیر زیادی ندارد و لوله ها حتما باید عمودی باشند.

multilayered metal mesh که در حال حاضر بسیار پر استفاده هستند و از خاصیت مویینگی بهره می برند.

Sintered powder که بهترین قابلیت مویینگی را دارند و زاویه و جهت قرار گیری لوله ها هیچ تاثیری در کیفیت ندارد. این لوله ها معمولا گران هستند و در خنک کننده های گران قیمت استفاده می شوند.

Metal Sintered Powder Wick Type Heatpipe

Grooved Wick Type Heatpipe

Metal Mesh (felt) Wick Type Heatpipe

منبع:

http://www.heatsink-guide.com/

http://www.frostytec...?articleID=2466

http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_pipe

ویرایش شده اکتبر 12, 2011 توسط maxel134

[maxel134 2370]

این هم نمونه از تاثیر جهت قرار گیری لوله ها بر روی دما

نتایج تست

[central_core 461]

خم شدن این لوله ها پس تاثیر منفی تو کاراییشون داره؟

[maxel134 2370]

دقیقا نمی دونم .ولی با قطعیت میشه گفت که اگر خم لوله خیلی به اصطلاخ تیز باشه، باعث میشه جریان مواد منتقل کننده حرارت دچار اختلال بشه و در نتیجه از کارایی کم بشه .

[Poorya_Lion 4740]

درود .

واقعاً عالی بود آقای گرجی . مطالب زیادی رو از متنتون یادگرفتم .

به عقیده من راجب خم هیت پایپ ها نمی شه نظر دقیقی داد. به عکس زیر توجه کنید :

بعد از اینکه مایع گرما گیری کرد و به بخار تبدیل شد و به قسمت فوقانی یا خنک رسید و دما رو از دست داد ، تبدیل به مایع می شه و دوباره رو به پایین یا قسمت داغ بر می گرده تا دوباره عملیات گرما گیری رو ادامه بده . تصور من اینه که اگر هیت پایپ ها به صورت عمودی باشند و خم کمتری سر راهشون باشه ، مایع راحت تر رو به پایین میاد و عملیات خنک کنندگی بهبود پیدا می کنه.

[maxel134 2370]

لطف دارین پوریا جان.

من هم با شما کاملا هم عقیده هستم که هرچه جریان مسیر بخار و مایع انتقال دهنده حرارت ، کمتر پیچ و تاب و خمش داشته باشه، بهتر است و راندمان بالاتر میره . از طرفی به دلیل محدودیت های طراحی هم نمیشه همیشه از لوله های مستقیم استفاده کرده. پس در کل میشه نتیجه گرفت ، علاوه بر کیفیت و نوع لوله های استفاده شده، شکل لوله ها و جهت قرار گیری و تعداد خم ها هم در راندمان موثر است. حالا فن و هیت سینک و خمیر هم که جای خودشان را دارند @};-

[maxel134 2370]

چند نمونه دیگر از heat pipe:

دوستان حتما یک سر به لینک های زیر هم بزنید . مطالب جالبی داره . در ضمن در مورد ساخت کولینگ های آبگرد با پلیت های مسی توضیح داده شده و به صورت دست ساز هم توضیحات کاملی ارائه شده.

http://www.silentmods.com/section2/item229/part1

http://www.silentmods.com/section2/item230/part1

[HeX 11091]

درود

من یه سوال برام پیش اومده؟

اکثر موارد گفته میشه یک طرف لوله گرم و طرف دیگر سرد هست!

ولی اکثر تولیدکنندگان کولر از این حالت استفاده میکنن.

منظورم اینه که وسط هیت پایپ رو برای اتصال به محیط گرم و یا پردازنده انتخاب میکنن.در صورتی که طبق مطالب گفته شده این حالت باید صحیح باشه :

مثلا همچین حالتی :

ویرایش شده فوریه 17, 2012 توسط HeX

[HeX 11091]

کسی نیست جواب بده...

[Poorya_Lion 4740]

این هیت پایپ ها U شکل هم دقیقاً همون کار رو می کنند. فقط قسمت سرد در وسط هیت پایپ هستش. عملکردشون هم از اون مدلی که شما گذاشتید بهتر هستش ، البته به طور کلی ، آلیاژ و قطر و نوع هیت پایپ هم تعیین کننده هستش.

تناقضی توی عملکرد هیت پایپ های U شکل نیستش. توی این هیت پایپ ها هم گاز بعد از سرد شدن تبدیل به مایع می شه و رو به پایین بر می گرده و دوباره گرم می شه و به گاز تبدیل می شه و دوباره رو به بالا می ره.

نکته ای که اینجاست اینکه که دو لایه منتقل کننده گاز و مایع ایزوله نیستند ، لایه گاز که در وسط هستش راحت گاز رو ، روبه بالا و قسمت خنک هدایت می کنه ولی نکته ای که توی لایه انتقال مایع هستش ، کمی متفاوت هستش ، شما اون لایه انتقال مایع رو به شکل یک بخش ساخته شده توسط دستمال کاغذی تصور کنید ، اون وقت درک نحوه عملکردش راحت تر می شه.

[HeX 11091]

این هیت پایپ ها U شکل هم دقیقاً همون کار رو می کنند. فقط قسمت سرد در وسط هیت پایپ هستش. عملکردشون هم از اون مدلی که شما گذاشتید بهتر هستش ، البته به طور کلی ، آلیاژ و قطر و نوع هیت پایپ هم تعیین کننده هستش.

تناقضی توی عملکرد هیت پایپ های U شکل نیستش. توی این هیت پایپ ها هم گاز بعد از سرد شدن تبدیل به مایع می شه و رو به پایین بر می گرده و دوباره گرم می شه و به گاز تبدیل می شه و دوباره رو به بالا می ره.

نکته ای که اینجاست اینکه که دو لایه منتقل کننده گاز و مایع ایزوله نیستند ، لایه گاز که در وسط هستش راحت گاز رو ، روبه بالا و قسمت خنک هدایت می کنه ولی نکته ای که توی لایه انتقال مایع هستش ، کمی متفاوت هستش ، شما اون لایه انتقال مایع رو به شکل یک بخش ساخته شده توسط دستمال کاغذی تصور کنید ، اون وقت درک نحوه عملکردش راحت تر می شه.

پس در U شکلها قسمت وسط اونها که بطور کامل رو پردازنده قرار میگیره قسمت سرد هست...

گرفتم چی شد.گاز براحتی بالا میره و مایع هم با سرعت کمتری پایین میاد....

[Poorya_Lion 4740]

پس در U شکلها قسمت وسط اونها که بطور کامل رو پردازنده قرار میگیره قسمت سرد هست...

گرفتم چی شد.گاز براحتی بالا میره و مایع هم با سرعت کمتری پایین میاد....

دقیقاً و اینجاست که هرچی آلیاژ مس هیت پایپ و خود هیت سینک ها سریع تر دما رو دفع کنند ، گاز سریع تر به مایع تبدیل می شه و انتقال دهنده مایع در بالا سریع تر اشباع می شه و سریع تر مایع رو روبه پایین هدایت می کنه. و همچنین هرچی هیت پایپ سایز بزرگتر داشته باشه (8 میلی متر یا 6 میلی متر یا ...) این روند سریع تر هستش. توی U ها هم چون این فرآیند به دو زیرفرآیند تقسیم می شه (از دو طرف گاز و مایع منتقل می شند) عمل خنک کردن سریع تر می شه .

ویرایش شده فوریه 19, 2012 توسط Poorya_Lion

[nightkiler 914]

شاید سوالم خنده دار باشه .اما خوب سواله دیگه.

به نظرتون اگر هیت پایپها را داخل آب قرار بدهیم بازده و کاراییش از واتر بلاک بیشتر میشه یا کمتر؟؟؟؟؟؟؟

[HeX 11091]

همچنین هرچی هیت پایپ سایز بزرگتر داشته باشه (8 میلی متر یا 6 میلی متر یا ...) این روند سریع تر هستش.

یعنی اگر قطر هیت پایپ بیشتر باشه بهتر عمل میکنه چون هم گاز راحتتر بالا میره و هم مایع راحتتر پایین میاد.....حالا طول مناسب برای لوله های هیت پایپ چقدره؟مثلا اگر هیت پایپها کوتاهتر باشند عمل بالارفتن گاز و پایین اومدن باید سریعتر انجام بشه دیگه ؟درسته این حالت؟

[maxel134 2370]

یعنی اگر قطر هیت پایپ بیشتر باشه بهتر عمل میکنه چون هم گاز راحتتر بالا میره و هم مایع راحتتر پایین میاد.....حالا طول مناسب برای لوله های هیت پایپ چقدره؟مثلا اگر هیت پایپها کوتاهتر باشند عمل بالارفتن گاز و پایین اومدن باید سریعتر انجام بشه دیگه ؟درسته این حالت؟

فکر کنم باید طول لوله ها در یک اندازه اپتیمم باشه تا بهترین نتیجه بدست بیاد. من فکر میکنم که اگر طول لوله ها خیلی کوتاه باشه نتیجه این هست که سطح موثر کاهش پیدا می کنه به این معنی که سطح لوله مسی که باید گرما رو از خودش دفع کنه و به فین(پره ها) های فلزی بده ،کاهش پیدا میکنه و در نتیجه قدرت خنک کنندگی کاهش پیدا میکنه. از طرفی طول لوله ها هم خیلی بلند باشه، همین مساله که شما میگی ایجاد میشه و باعث میشه که انتقال مایع در لوله به کندی صورت بگیره.

[maxel134 2370]

شاید سوالم خنده دار باشه .اما خوب سواله دیگه.

به نظرتون اگر هیت پایپها را داخل آب قرار بدهیم بازده و کاراییش از واتر بلاک بیشتر میشه یا کمتر؟؟؟؟؟؟؟

حرف شما کاملا درسته. اتفاقا اگر این لوله ها در داخل آب قرار بگیره کاراییش خیلی بیشتر میشه. دقیقا میشه مثل heat exchanger هایی که در سیستم موتور خانه و گرمایش ساختمان ها و نیرو گاه ها بکار میره.

اما یک قضیه ای که باید در نظر گرفت این هست که اگر شما بخواهید برای خنکی بهتر لوله های مسی ، چنین سیستمی طراحی و نصب کنید، خوب یکباره آب را توسط ,water block به سمت cpu هدایت میکنید و بنابراین از نظر اقتصادی و .....، منطقی نیست که انتقال حرارت رو در دو مرحله انجام بدید

[HeX 11091]

فکر کنم باید طول لوله ها در یک اندازه اپتیمم باشه تا بهترین نتیجه بدست بیاد. من فکر میکنم که اگر طول لوله ها خیلی کوتاه باشه نتیجه این هست که سطح موثر کاهش پیدا می کنه به این معنی که سطح لوله مسی که باید گرما رو از خودش دفع کنه و به فین(پره ها) های فلزی بده ،کاهش پیدا میکنه و در نتیجه قدرت خنک کنندگی کاهش پیدا میکنه. از طرفی طول لوله ها هم خیلی بلند باشه، همین مساله که شما میگی ایجاد میشه و باعث میشه که انتقال مایع در لوله به کندی صورت بگیره.

فکر کنم تو یه اندازه خیلی خاص بهترین نتیجه رو داشته باشه به نظر من باید مینیمم این اندازه رو پیدار کرد چون هزینه تولید رو به حداقل میرسونه.یه چیزی به فکرم رسید.مثلا اگر اون قسمتی با پردازنده تماس داره(تو حالت کور کانتکت)سیقلی تر باشه و یا اون قسمت رو یه مقدار نازکتر بکنن که انتقال گرما سریعتر صورت بگیره فکر کنم تا چند درجه ای تاثیر داشته باشه و دما پایین تر باشه...

[maxel134 2370]

فکر کنم تو یه اندازه خیلی خاص بهترین نتیجه رو داشته باشه به نظر من باید مینیمم این اندازه رو پیدار کرد چون هزینه تولید رو به حداقل میرسونه.یه چیزی به فکرم رسید.مثلا اگر اون قسمتی با پردازنده تماس داره(تو حالت کور کانتکت)سیقلی تر باشه و یا اون قسمت رو یه مقدار نازکتر بکنن که انتقال گرما سریعتر صورت بگیره فکر کنم تا چند درجه ای تاثیر داشته باشه و دما پایین تر باشه...

من هم با نظز شما موافقم و فکر میکنم و سطح هر چی صیقلی تر باشه سطح تماس بیشتر میشه البته این مشکل هم که با خمیر سیلیکون حل میشه

یک نکته مهم دیگه هم که جنس ماده انتقال دهنده حرارت و ظرفیت گرمایی ان هم خیلی مهم هست . فکر کنم مخلوط آب و متانول و ضذیخ ، یکی از بهترین ترکیبات برای این مورد باشه، هم سیالیتش خوبه و هم ظزفیت گرماییش. :-?

ویرایش شده فوریه 19, 2012 توسط maxel134

[Poorya_Lion 4740]

شاید سوالم خنده دار باشه .اما خوب سواله دیگه.

به نظرتون اگر هیت پایپها را داخل آب قرار بدهیم بازده و کاراییش از واتر بلاک بیشتر میشه یا کمتر؟؟؟؟؟؟؟

دیگه یواش یواش داریم وارد بحث متالوژی می شیم. :D

البته آب بهتر هستش ولی چندتا نکته وجود داره . آب اگر به صورت راکد باشه ، چون جریان همرفت آب خیلی کندتر از جریان بادی هستش که به پره ها می خوره پس بنابراین گرما در اطراف هیت پایپ ها گرفتار می شه فکر کنم ، فکر کنم بدتر باشه. و همچنین انتقال گرما از آب به فضا اطراف هم خیلی کند هستش و این امر باعث می شه تا مایع محدودتون بعد از گذشت چند ساعت کاملاً داغ بشه. ولی اگر آب رو در جریان بگذارید و با یک رادیاتور هم خنکش کنید عملکردش مسلماً بهتر از ایرکولینگ خواهد شد.

[Hurmuz 104]

سلام به دوستان عزیز لیونی چند وقت پیش که داشتم رویو یکی از کولرهای انرمکس رو تو سایت xbitlabs میخوندم به مورد جالبی برخوردم که این کولر رو پردازنده اینتل نسبت به فن ترمالرایت حدود 20 درجه داغتربود اما در تستی که برروی AMD انجام شده بود این اختلاف دما در حدود 4 درجه بود به نظر دوستان این به چه دلیل میتونه باشه آیا نوع لوله های انتقال حرارت میتونه برای هر پلت فرمی نتایج متفاوتی داشته باشه ؟

اینم لینک اون تسته

http://www.xbitlabs....d-t60-tb_4.html

ویرایش شده فوریه 20, 2012 توسط Hurmuz

[Poorya_Lion 4740]

با اجازه اساتید ، ... بله هرمز جان متفاوت هستش . البته بیشتر از اون که نوع و طراحی هیت پایپ ها تاثیر داشته باشه ، نوع و طراحی خود کولر تاثیر گذار هستش.یک مشکلی که توی ریویوهای کولر xbitlab وجود داره ، اسمبل سیستم توی کیس هستش . درسته که از جنبه شبیه سازی شرایط واقعی رو داره ولی بایستی توجه کرد که کولرهای مختلف توی پلت فورم های مختلف به شکل های مختلفی روی سیستم سوار می شند. در صفحه اول همین تاپیک ، پست شماره 2 جناب گرجی ، جهت نصب کولر رو در حالت درست به نمایش درآورده. البته توی این ریویو هر دو پلت فورم با یک حالت از قرارگیری کولر مواجه شدند ولی مثل اینه کیس ها و کولینگ اونها توی عکس ها متفاوت هستش.یک مطلبی که هست اصالت خود پردازنده هم مطرح هستش. 980X کلاً داغتر از 8150 هستش و چون اون کولر ترمال رایت در کل بهتر از اون انرمکس بوده ، توی دماهای بالاتر این اختلاف خیلی بیشتر خودش رو نشون می ده (البته نه دیگه اینقدر)

مطلب بعدی IHS خود پردازنده و نحوه قرار گیری کورها در داخل پردازنده هستش. برای مثال کورهای فیزیکی پردازنده های Intel نسبت به AMD ، متمایل تر به مرکز IHS هستند. خوب مسلماً کولری که از هیت پایپهای نزدیک به هم تر و فشرده تر و رو به مرکز استفاده می کنه می تونه توی اینتل موفق تر ظاهر بشه و یا بلعکس. درعوض کولر هایی که سطح تماسی بزرگتر و هیت پایپ های از هم دورتری دارند توی AMD موفق تر هستند.

نکته : پاراگراف دوم این متن هیچ پایه و دلیل و مدرک علمی نداره و فقط تحلیل خودمه. ^_^ ;)

ویرایش شده فوریه 20, 2012 توسط Poorya_Lion

[Hurmuz 104]

ممنون پوریا جان از توضیحاتت من با نظرت در باره نحوه قرار گیری IHS ها موافقم و به نظرم شرکتهای مثلthermalright به این مسئله پی بردن و در طراحی های کولرها این مسئله رو رعایت کردن و اون سطح تماس رو طوری طراحی کردن که فشار بیشتری روی اون قسمت بیاره و باعث کارایی بیشتر کولر بشن مثلا این ویدو درباره archon تو یوتوب رو نگاه کنید که سطحی که با سی پی یو در ارتباط هست رو نشون میده که صاف صاف نیست بلکه یه انحنا داره در دقیقه 2:18 این ویدیو این مسئله رو دقیقا با گذاشتن یه کارت روی سطحی که با cpu در تماسه نشون میده

http://www.youtube.com/watch?v=jSj-qT9x3lo&feature=related

تو ریو های انرمکس هم که نگاه کنید عکسهایی که مربوط به اثر حالت خمیر سیلیکون روی پردازنده اینتل و حالت خمیر روی پردازنده AMD هست رو ببینید متوجه میشیم که برای اینتل یه سطح نامتقارن وAMD یه سطح صاف رو نشون میده و به نظرم نشون میده که cpu اینتل یه سطح ناصافی داره بهمون علت چیدمان کورها و AMD کمی تخت تر هست .

نظر من اینه که بعضی از کولرها که سطح تماسشون با پردازنده بطور کامل تخت هست برای اینتل خوب جواب نمیدن اما برای AMD خیلی خوب جواب میدن

و همینطور کولرهای که دایرکت کانتکت یا بقول معروف سطح تماسشون با پردازنده و لوله های انتقال حرارت بطور مستقیم و بدون هیچ واسطه ای هست عملکردشون بروی پلتفورم AMD بهتر باشه چون قابلیت انحنا دادن مثل کولر Archon را ندارن و برای تماس بیشتر باید حتما بطور کامل تخت باشن البته به جزء کولرهای که لوله های انتقال حرارت بهم وصل هستن مثل coolermaster hyper212 evo یا zalman cnps12 که لوله ها متمرکزتر شدن و حرارت به همه لوله های انتقال حرارت میرسه

ویرایش شده فوریه 21, 2012 توسط Hurmuz

[maxel134 2370]

این تاپیک واقعا داره خوب پیش میره و بحث و گفتگو، کاملا فنی و بدور از هر گونه تعصب نسبت به برند خاصی هست. من از تمامی دوستانی که در بحث شرکت میکنند تشکر میکنم ( به خصوص آقا پوریا عزیز که اطلاعاتشون واقعا عالیه. البته دوستان دیگر هم بسیار نکات مهم و جالبی رو اشاره کرده اند که جا داره از این عزیزان هم تشکر کنم) :wub: :wub:

[HeX 11091]

درود

واقعا برای من هم جالب بود مخصوصا نحوه ی جایگیری کورها که هیچی ازش نمیدونستم.البته یه تاپیک میخوام بزنم در مورد بهترین کولر از دیدگاه خودتون! :D

[nightkiler 914]

یدونه pdf پیدا کردم در مورد هیت پایپ ها اطلاعات خلاصه و مفیدی داره گذاشتم دوستان هم استفاده کنند:

http://www.enertron-inc.com/enertron-resources/PDF/How-to-select-a-heat-pipe.pdf