Статьи по компьютерам
Разное »
»
»

Как рассчитать охлаждение CPU. Часть3

Как рассчитать охлаждение CPU

Вентилятор

Воздух обладает очень плохой теплопроводностью, поэтому тепло, излучаемое радиатором, греет очень небольшое его количество, находящееся в непосредственной близости от поверхности радиатора.
А это значительно снижает эффективность радиатора (T растет вместе с t: T=PR+t).
Именно поэтому необходимо организовать принудительную циркуляцию воздуха и конструировать радиаторы с расчетом на то, что вентилятор будет оперативно нагнетать холодный воздух и отводить нагретый.

Значит вентилятор тем эффективней, чем быстрей он нагнетает воздух, то есть чем больший объем он переносит за единицу времени.
Называется эта характеристика производительностью и измеряется, как правило, в забугорных CFM — cubic feet per minute (кубических футах в минуту).
1 CFM=28 316 кубических сантиметров в минуту или 0.00047 кубометров в секунду.
Производительность зависит от площади лопастей, их формы и скорости вращения измеряемой в RPM (rotations per minute — оборотах в минуту).

Еще одна технически важная характеристика вентилятора - используемый в нем подшипник.
Здесь возможно три варианта:

1. Подшипник скольжения (sleeve bearing). Его конек — дешевизна.
Дальше одни недостатки: дребезжание, малый срок службы, повышенное тепловыделение, неспособность функционировать при высоких температурах.

2. Два подшипника качения (two ball bearing).
Здесь все наоборот: надежный, тихий, жаростойкий, но дорогой.

3. Комбинированный: один подшипник скольжения, один качения (one ball или one ball one sleeve).
Этот компромиссный вариант является самым распространенным, поскольку представляет собой среднее арифметическое первых двух по всем перечисленным преимуществам и недостаткам.

Обычно производители кулеров предлагают три вариации одной и той же модели: на трех вариантах подшипников.

Для особо нежных и чувствительных личностей производители вентиляторов приводят еще одну характеристику — уровень производимого шума.
Как правило, его значения лежат в диапазоне 20-50 дБ.
Тихими считаются вентиляторы, шумящие менее чем на 30 дБ.

Маркировка кулеров

Чтобы определить, что же это за птица в коробке с надписью «cooler» — краткий курс технического английского языка для интерпретации обозначений:

Fan — вентилятор,
Heatsink или FHS- радиатор,
Dimension — размеры,
Rated Speed — частота вращения,
Air Flow — производительность,
Noise Level — уровень шума,
Bearing Type — используемый тип подшипника,
Life Time — время жизни (ресурс) в часах.

Холодный расчет

А теперь попробуем посчитать, кулер с какими характеристиками нужен на твой CPU.
Не погружая тебя в тонкости решения уравнения теплопроводности с неоднородными начальными условиями для стержня конечных размеров, необходимая производительность вентилятора (уже в CFM) выражается так:

P1/(990·1.2·P0·R·0.00047), где
P1=S·5.7E-8·(t1^4) — количество рассеиваемого тепла телом с температурой T и площадью поверхности S (закон Стефана-Больцмана), 5.7E-8 — постоянная Стефана-Больцмана,
t1=t2+P0·R,
t2 — температура воздуха (для ATX-корпусов — 300-305 градусов Кельвина),
P0 — тепловыделение процессора,
R — тепловое сопротивление радиатора
S — площадь поверхности радиатора,
Без привлечения криволинейных интегралов площадь поверхности экструзионного радиатора приблизительно может быть вычислена так.
S=W·(45+(H-5)·(n+2)·2+(W-n-2)), где
W — ширина, H — высота (радиатора!), n — количество ребер (на радиаторах размером 80х80 их, обычно, 25).

Все данные подставляются в системе Си — м, Вт, кг, Дж, градус Кельвина (градус Цельсия +273), а ответ получаем в CFM.

Радиатор же подбирается исходя из вышеприведенной формулы теплового сопротивления R=(T-t)/P, поэтому температура процессора не фигурирует в формуле — она учтена в тепловом сопротивлении.

Автоматизация

А теперь парочка утилит для упрощения жизни:

Central Brain Identifier 4.0 — программа идентификации процессора AMD.
Кроме идентификации самого процессора она расскажет тебе о кешах, MMX, 3dNow, SSE и других страшных аббревиатурах, а также поможет изменить тебе имя процессора с Athlon XP 1700+ на 2800++ .

Calc v2.1 — мощная программка с большим количеством решаемых задач по теплофизике: теплоотдача, перенос тепла и т.д. — просто вводи исходные данные и смотри на подробнейшие результаты.

Вот по этому адресу расчет радиатора.

Вместо P.S.

Весь этот бред с кучей формул никому не нужен?
С одной стороны, действительно, в характеристике каждого кулера черным по белому написано: up to … MHz.
Так что можно не напрягаться и методом нехитрого сравнения «больше-меньше» подобрать подходящий кулер.
Но разве могут все эти неточные приближенные значения удовлетворить настоящего оверклокера?
Эффективного охлаждения!

В процессе работы в CPU происходит помимо чисто электрических явлений еще и большое количество электрохимических реакций, протекание которых во многом зависит от температуры.

При разгоне процессора его тепловыделение растет пропорционально росту частоты.

Главная задача радиатора — увеличить поверхность теплообмена кристалла с окружающей средой.

X мм = X·0,001 м
X см² = X·0,0001 м²
X мм² = X·0,000001 м²
X градусов Цельсия = X+273 градуса Кельвина
X градусов по Фаренгейту = (5/9)·(X-32)+273 градусов Кельвина.

Автор: Матвей Гофф

1 · 2 · 3
Статьи по компьютерам