Liquid mendinginkan PC pada logam cair? [Tutup]

22

Apa yang akan terjadi jika Anda memasukkan sejumlah besar logam cair ke loop pendingin khusus alih-alih air / pendingin? Tantangan apa yang akan Anda hadapi? Apakah ada manfaat untuk melakukan ini?

BONUS: Bagaimana jika Anda menggunakan tabung tembaga alih-alih tabung plastik / gelas standar dan memompa logam cair melalui tabung tembaga? Dan juga menggunakan blok CPU tembaga juga?

FatalSleep
sumber
Komentar bukan untuk diskusi panjang; percakapan ini telah dipindahkan ke obrolan .
Journeyman Geek
Berapa banyak logam yang cair pada suhu kamar? Semua logam lain perlu dipanaskan pada suhu tinggi, yang akan memanaskan — bukannya mendinginkan — sistem Anda.
Infiltrator

Jawaban:

29

Segala sesuatu dalam jawaban Keltari benar, saya hanya ingin mengembangkannya dengan beberapa info penting lainnya:

Saat Anda ingin "mentransfer" panas, Anda harus berurusan dengan 2 nilai utama: Konduktivitas termal dan kapasitas panas. Pertama adalah seberapa mudah mendapatkan / memberikan panas dari / ke bahan lain, seperti mendapatkan panas dari permukaan panas dan memberikan panas ke permukaan dingin. Yang kedua adalah berapa banyak energi yang bisa disimpannya.

Konduktivitas termal dari logam cair sangat rendah dibandingkan dengan yang padat. Aluminium murni, padat, memiliki konduktivitas termal sekitar 200 W / (m K), tembaga murni sekitar 390 W / (m K). Sebaliknya, merkuri memiliki nilai sekitar 8,5 W / (m K) dan nilai untuk air adalah sekitar 0,6 W / (m K). Jadi logam cair lebih baik daripada air untuk transfer panas, tetapi jauh lebih buruk daripada logam padat.

Kapasitas panas adalah bagian lain. Perubahan suhu 1 K (yaitu perubahan suhu 1 ° C atau 2 ° F) untuk air cair membutuhkan 4,187 kJ / kg, sedangkan perubahan yang sama untuk merkuri adalah 0,125 kJ / kg, ini berarti panas yang sama dari permukaan CPU menimbulkan 32 kali perubahan suhu yang lebih besar dalam merkuri!

Jika kita berpikir sederhana, konduktivitas 14 kali lebih baik dan kapasitas panas 32 kali lebih buruk adalah sekitar 50% jumlah yang lebih buruk terkait dengan pendinginan air, dan masih belum memperhitungkan faktor berbahaya lainnya, seperti toksisitas atau faktor korsleting. (Perhitungan ini tidak tepat, karena ada banyak parameter lain yang bergantung pada nilai-nilai ini, seperti suhu saat ini, tekanan, dan ada disipasi samping pada transfer, dll.)

uDev
sumber
Bagaimana jika secara teoritis Anda memiliki semacam tabung pipa tembaga panas yang memompa logam cair, bukan air? Lihat pertanyaan yang direvisi.
FatalSleep
3
@ uDev Konduktivitas termal NaK adalah 218 W / m, sedikit lebih baik dari aluminium. Masalahnya bukan dengan logam yang cair, itu dengan memilih merkuri yang merupakan logam terburuk untuk pendinginan. Ini seperti mengatakan bahwa logam padat tidak cocok untuk radiator karena titanium hanya 21,9 W / (m · K). Jawaban ini didasarkan pada premis yang salah.
Agent_L
1
Saya jauh dari ahli dalam hal ini, tetapi bagi saya tampaknya kapasitas panas raksa yang lebih rendah dapat diatasi dengan meningkatkan laju aliran.
Kanada
1
@ uDev Agaknya sistem pendingin memindahkan panas ke lingkungan, dalam hal ini kapasitas panas pendingin itu sendiri tidak akan menjadi masalah selama laju aliran cukup tinggi.
Kanada
1
@ uDev. Pertanyaan itu bertanya apa yang akan terjadi jika Anda mengganti air dengan logam cair. Jawaban Anda sebagian tidak benar dan perlu diedit untuk mencerminkan perbandingan volume kapasitas panas. Merkurius memiliki ~ 14 kali konduktivitas dan ~ 44% kapasitas panas air. Saya pikir ini berarti bahwa jumlah panas maksimum yang dapat dipindahkan oleh sistem Merkurius adalah ~ 7 kali jumlah maksimum yang dapat dipindahkan dengan air dengan jumlah waktu yang sama.
Kenneth Moore
44

Sementara di permukaan ini mungkin tampaknya ide yang baik, dalam kenyataannya, ini adalah ide yang sangat buruk.

Ada dua logam (tidak termasuk paduan) yang cair pada suhu kamar: Merkurius dan galium.

Pertama, merkuri sangat beracun dan seharusnya hanya ditangani oleh para ahli.

Gallium akan menimbulkan korosi pada aluminium dan baja , yang membuat pendingin mengalir ke atas untuk meredam panas. Ini pada akhirnya akan menghancurkan sendi dan heat sink, yang akan mengarah ke masalah selanjutnya.

Baik merkuri dan galium adalah konduktor listrik. Jika salah satu dari dua cairan bocor ke elektronik, itu dapat menyebabkan celana pendek dan bahkan merusak elektronik. Dan lagi, merkuri sangat beracun. Ini saja merupakan alasan untuk tidak menggunakannya.

Merkuri dan galium memiliki tingkat ekspansi volumetrik yang tinggi karena panas. Di bawah panas tinggi, mereka dapat berkembang pesat dan tekanan akan menghancurkan garis pendingin.

Gallium sendiri bukan cairan pada suhu kamar . Memiliki titik leleh 85,58 ° F (29,76 ° C), yang berarti PC dimatikan dan benar-benar dingin, galium akan mengeras. Ini tentu saja dapat menyebabkan masalah, karena cairan tidak akan dapat mengalir.

Mengedit beberapa pemikiran lagi:

Merkuri sangat, sangat berat. Satu liter merkuri memiliki berat rambut di bawah 30 pound (13,5 kilogram). Satu liter gallium beratnya 13,02 pound (6 kilogram). Butuh pompa besar untuk memindahkan cairan itu. Bobot saja dapat menyebabkan PCB melentur atau pecah.

Keltari
sumber
4
Saya pikir senyawa merkuri organik sangat beracun, dan merkuri sendiri hanya cukup beracun? (yaitu Anda memakannya dan mati, tetapi menyentuh setengah tetes itu dengan kulit Anda tidak akan membunuh Anda - tidak seperti senyawa merkuri organik yang disebutkan sebelumnya)
user253751
3
"Gallium bersifat korosif terhadap semua logam kecuali tungsten dan tantalum, yang memiliki ketahanan tinggi terhadap korosi." Apakah Gallium (cair atau padat) merusak semua bentuk kuningan?
DavidPostill
3
ekspansi volumetrik dapat diatasi dengan menggunakan reservoir yang tidak diisi sampai penuh (sekarang berikan tempat untuk ekspansi)
ratchet freak
5
Ricin dan tetrodotoxin sangat beracun. Merkurius "tangani dengan hati-hati, jangan makan."
hobbs
5
Unsur merkuri bahkan tidak jauh dari "sangat beracun". Anda bisa mengatasinya dan membuangnya ke tempat sampah. Anda bisa memakannya dan itu akan datang melalui ujung lainnya. Anda dapat menyuntikkannya, dan itu tidak akan menyakiti Anda dengan cara selain penyumbatan mekanis. Anda akan baik-baik saja, selama Anda tidak melakukannya berulang kali, karena ketersediaan hayati unsur raksa sangat rendah. Dimethylmercury, di sisi lain, Anda menyentuh setetes dengan sarung tangan karet dan itu adalah paparan mematikan Anda.
Agent_L
22

Pendingin CPU logam cair sudah ada:

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

Yang ini menggunakan NaK: paduan eutektik natrium dan kalium, yang sangat reaktif dengan udara, air, dan apa saja:

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

Paduan yang sama digunakan untuk pendinginan di industri tenaga nuklir.

Armada
sumber
Siapa pun yang mengambil kimia sekolah menengah akan tahu itu ide yang sangat, sangat buruk untuk pemanfaatan pendingin PC ... semua logam alkali sangat reaktif, dan KNa tidak berbeda. Kombinasikan itu dengan radiasi EM, dan selubung besi untuk menampungnya, benar-benar membuat produk semacam itu tidak praktis bagi konsumen dan stasiun kerja. Cool discovery, memiliki tujuan, tetapi saya tidak dapat membayangkan PC rumah atau bisnis dilengkapi dengan salah satunya, terutama mengingat biaya asuransi tambahan untuk penyewa / asuransi rumah / bisnis karena bahaya risiko tinggi dari reaktivitas logam alkali.
JW0914
1
@ JW0914 Saya pikir Anda mungkin akan jauh melebih-lebihkan risiko. Pertimbangkan bahwa orang-orang diperbolehkan memiliki oven dan kompor di rumah mereka. Mereka bahkan diizinkan memiliki kompor gas , yang dihubungkan ke pipa yang dapat menghasilkan bahan bakar yang sangat mudah meledak. Dan jangan mulai dengan saya tentang jebakan maut yang mereka simpan di garasi mereka yang memiliki 15+ galon bensin yang tersimpan di dalamnya!
Cort Ammon - Pasang kembali Monica
@CortAmmon Fuel memerlukan sumber pengapian, logam alkali tidak ... reaksi eksotermik yang terjadi dengan logam alkali sudah cukup untuk secara spontan membakar logam dalam ledakan hebat (jika Anda tidak pernah mengalami hal ini di kimia sekolah menengah, lihat YouTube). Ini adalah produk yang keren, tetapi membawa tingkat risiko yang paling diketahui konsumen (apalagi perusahaan asuransi) tidak akan dapat diterima.
JW0914
@ JW0914 Saya telah melihat apa yang dapat dilakukan beberapa gram logam alkali. Sangat mengesankan, jangan salah paham. Tapi itu mengesankan dalam skala yang cukup kecil. Saya akan begini, saya pikir perusahaan asuransi harus jauh lebih peduli dengan balita daripada mereka dengan heat sink Danamics. Balita juga tidak membutuhkan sumber pengapian.
Cort Ammon - Pasang kembali Monica
Atau, dalam hal ini, pemilik tablet Samsung. Sungguh menakjubkan hal-hal berbahaya yang kita bawa pada orang kita!
Cort Ammon - Pasang kembali Monica
6

Apakah ada manfaat untuk melakukan ini?

Tidak. Loop WC bukan loop pemanas sentral yang bekerja pada gradien suhu. Dalam loop WC yang khas dan berukuran tepat, pendingin diedarkan cukup cepat sehingga semua elemen (balok dan radiator) berada pada suhu yang hampir sama. Ini berarti pendingin yang lebih baik tidak akan banyak berubah, dan seluruh loop dibatasi oleh kinerja radiator. Meski begitu, seperti yang Nat katakan, perpindahan panas oleh pendingin adalah [kapasitas panas] * [laju aliran]. Jadi sulit untuk melebih-lebihkan seberapa mudah mengganti pompa dengan sesuatu dari Laing E series (dan ganti tabung menjadi lebih besar agar gesekan tetap rendah) daripada mendesain semuanya dari awal untuk cairan pendingin logam cair.

Bahkan dalam industri nuklir, logam cair digunakan tidak hanya karena memiliki kapasitas panas lebih dari air, tetapi karena air memiliki sifat pemoderasi neutron yang membuatnya sama sekali tidak dapat digunakan untuk reaktor neutron cepat (seperti yang ada di USS Seawolf).

BONUS: Bagaimana jika Anda menggunakan tabung tembaga alih-alih tabung plastik / gelas standar dan memompa logam cair melalui tabung tembaga?

Tidak ada. Kecepatan perpindahan panas di sepanjang pipa tembaga tidak signifikan dibandingkan dengan kecepatan perpindahan panas melalui pendingin yang bergerak di dalamnya. Sama seperti heatpipe. Itu tembaga untuk memindahkan panas masuk dan keluar. Secara longitudinal, panas digerakkan oleh uap - itu sebabnya setelah ditusuk, heatpipe menjadi tidak berguna.

Dan juga menggunakan blok CPU tembaga juga?

Kebanyakan dari mereka sudah tembaga. Jika itu tidak jelas, itu karena mereka berlapis nikel.

Jika Anda ingin peningkatan drastis dalam kinerja WC, pindahkan radiator ke tempat yang dingin, seperti keluar dari jendela. Tegangan 16 ° C mudah dilakukan di musim dingin:) Menjaga radiator dalam aliran udara yang sama dengan komponen lain membatalkan keunggulan terbesar WC: memindahkan panas jauh, jauh.

Agent_L
sumber
4

Hal semacam ini bisa sangat rawan bahaya dan tampaknya menjadi masalah keamanan utama bagi seseorang yang mencobanya di rumah. Jadi, serius, respons ini hipotetis - jangan coba-coba ini di rumah, dll.

@ uDev menjawab dengan benar bahwa Anda terutama akan peduli dengan dua hal:

  1. konduktivitas termal : Seberapa cepat energi termal (panas) bergerak melalui zat.

  2. kapasitas panas : Berapa banyak energi termal (panas) suatu zat dapat menahan (dalam hal ini, sebelum terlalu panas untuk diserap lagi).

Air seringkali merupakan pendingin yang hebat karena memiliki kapasitas panas yang cukup tinggi. Ini membutuhkan panas yang relatif besar untuk menghangatkannya.

Yang mengatakan, saya pikir bahwa beberapa jawaban lain melebih-lebihkan betapa pentingnya kapasitas panas dalam kasus ini. Masalahnya adalah kita tidak benar-benar hanya memanaskan jumlah pendingin yang ditentukan; sebagai gantinya, cairan pendingin itu terus mengalir, sehingga pada dasarnya kami khawatirkan

  • [kapasitas panas] * [laju aliran].

Jadi jika pendingin dengan kapasitas panas yang lebih rendah dipilih, perbedaannya dapat dikompensasi dengan meningkatkan laju aliran pendingin, hingga batas yang masuk akal, misalnya di mana panas gesekan dari aliran fluida menjadi bermasalah atau tekanan aliran menyebabkan mekanik kerusakan.

Jadi, ya , pada prinsipnya konduktivitas termal yang lebih besar dari logam cair mungkin membantu dalam beberapa desain.

Keterbatasan praktis adalah bahwa loop pendingin hanya menyediakan satu sumber hambatan termal dalam mekanisme pendinginan. Jadi, bahkan jika itu dioptimalkan untuk memiliki resistansi panas efektif yang sangat rendah, resistansi termal keseluruhan sistem dapat terus ditopang oleh resistansi termal dari CPU dan penukar panas di atasnya.

Nat
sumber
Ada banyak parameter yang tidak saya bicarakan. Rekayasa termal adalah ilmu yang terpisah, tidak dapat ditampung dalam beberapa baris. Ketika saya merencanakan pendingin dioda laser sigle (sekitar 10 tahun yang lalu, dari kasing terintegrasi dioda hingga pendingin + penggemar), butuh berminggu-minggu (termasuk eksperimen konfirmasi) hingga kami mendapatkan solusi yang dapat diterima (yang masih dalam produksi).
uDev
1
@ uDev Hah ya, sistem ini dapat memiliki banyak hal yang terjadi. Jujur pertanyaannya sepertinya kurang pas untuk SuperUser karena situs ini tampaknya tidak mengaktifkan TeX; akan lebih menyenangkan untuk mengatasinya di SE.Engineering atau sesuatu.
Nat