Refroidir un PC sur du métal liquide?
Que se passerait-il si vous mettiez une grande quantité de métal liquide dans une boucle de refroidissement personnalisée au lieu d'eau/de liquide de refroidissement? Quels défis feriez-vous face? Y aurait-il même un avantage à le faire?
BONUS: Et si vous utilisiez des tubes de cuivre au lieu de tubes standard en plastique/verre et pompiez du métal liquide à travers les tubes de cuivre? Et aussi utilisé un bloc de processeur en cuivre?
Tout dans la réponse de Keltari est correct, je veux juste l'élargir avec d'autres informations importantes:
Lorsque vous souhaitez "transférer" de la chaleur, vous devez prendre en compte deux valeurs principales: la conductivité thermique et la capacité calorifique. Tout d'abord, il est facile d'obtenir/donner de la chaleur de/vers un autre matériau, comme obtenir la chaleur d'une surface chaude et la donner à une surface froide. La seconde est la quantité d’énergie qu’il peut stocker.
La conductivité thermique des métaux liquides est très faible par rapport aux solides. L’aluminium pur et solide a une conductivité thermique d’environ 200 W/(mK), le cuivre pur représente environ 390 W/(mK). Le mercure, en revanche, a une valeur d’environ 8,5 W/(mK) et la valeur pour l’eau est d’environ 0,6 W/(mK). Les métaux liquides sont donc meilleurs que l’eau pour le transfert de chaleur, mais bien pires que les métaux solides.
La capacité thermique est une autre partie. Un changement de température de 1 K (changement de 1 ° C ou 2 ° F) pour l’eau liquide nécessite 4,187 kJ/kg, alors que le même changement pour le mercure est de 0,125 kJ/kg, ce qui signifie que la même chaleur émise par la surface de la CPU subit 32 fois plus de pertes. plus grand changement de température dans le mercure!
Si nous pensons simplement, une conductivité 14 fois meilleure et une capacité calorifique 32 fois plus élevée représentent environ 50% de la somme la moins bonne liée au refroidissement par eau, sans pour autant prendre en compte d’autres facteurs dangereux, tels que la toxicité ou les facteurs de court-circuit. (Ce calcul n'est pas correct car plusieurs autres paramètres dépendent de ces valeurs, tels que la température actuelle, la pression, la dissipation latérale lors du transfert, etc.)
Bien qu'en apparence, cela puisse sembler être une bonne idée, en réalité, il s'agit d'unetrèsmauvaise idée.
Il existe deux métaux (à l'exclusion des alliages) liquides à la température ambiante: le mercure et le gallium.
Tout d’abord, le mercure est extrêmement toxique et ne devrait être manipulé que par des experts.
Le gallium corrodera l'aluminium et l'acier , ce qui fait que le liquide de refroidissement passe par/pour évacuer la chaleur. Cela finira par détruire les joints et les puits de chaleur, ce qui conduira au problème suivant.
Le mercure et le gallium sont tous deux des conducteurs électriques. Si l'un des deux liquides venait à fuir sur l'électronique, cela pourrait provoquer des courts-circuits et même endommager l'électronique. Et encore une fois, le mercure est extrêmement toxique. Cela seul est une raison pour ne pas les utiliser.
Le mercure et le gallium ont un taux d'expansion volumétrique élevé dû à la chaleur. Sous forte chaleur, ils peuvent se dilater considérablement et la pression détruirait les conduites de refroidissement.
Le gallium lui-même n'est pas un liquide à pièce température. Il a un point de fusion de 85,58 ° F (29,76 ° C), ce qui signifie que le PC est éteint et qu'il est complètement refroidi, le gallium se solidifie. Bien entendu, cela pourrait poser problème, car le liquide ne pourrait pas s'écouler.
Editer dans quelques pensées supplémentaires:
Le mercure est très très lourd. Un litre de mercure pèse un cheveu de moins de 13 kilogrammes. Un litre de gallium pèse 13,02 livres (6 kilogrammes). Il faudrait une énorme pompe pour déplacer ce liquide. Le seul poids pourrait causer la flexion ou la rupture des PCB.
Il existe déjà des refroidisseurs de CPU en métal liquide:
http://www.guru3d.com/articles-pages/danamics-lmx-superleggera-review,1.html
Celui-ci utilise NaK: un alliage eutectique de sodium et de potassium, extrêmement réactif avec l'air, l'eau et à peu près n'importe quoi:
https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium-potassium_alloy
Le même alliage est utilisé pour le refroidissement dans l'industrie nucléaire.
Y aurait-il même un avantage à le faire?
La boucle WC n’est pas votre boucle de chauffage central, elle fonctionne sur un gradient de température. Dans une boucle de WC typique, de taille appropriée, le liquide de refroidissement circule suffisamment rapidement pour que tous les éléments (blocs et radiateur) soient presque à la même température. Cela signifie qu'un meilleur liquide de refroidissement ne changerait pas beaucoup et que toute la boucle est limitée par les performances du radiateur. Même dans ce cas, comme le disait Nat, le transfert de chaleur par le liquide de refroidissement correspond à [capacité thermique] * [débit]. Il est donc difficile d'exagérer à quel point il est plus facile de remplacer la pompe par quelque chose de la série E de Laing (et de changer le tuyau en tube plus gros pour réduire les frictions) plutôt que de tout concevoir à partir de rien pour un liquide de refroidissement à métal liquide.
Même dans l'industrie nucléaire, le métal liquide est utilisé non seulement parce qu'il a plus de capacité calorifique que l'eau, mais parce que l'eau possède des propriétés de modération des neutrons, ce qui la rend totalement impossible pour les réacteurs à neutrons rapides (comme celui à bord de l'USS Seawolf).
BONUS: Et si vous utilisiez des tubes de cuivre au lieu de tubes standard en plastique/verre et pompiez du métal liquide à travers les tubes de cuivre?
Rien. La vitesse de transfert de chaleur le long d'un tuyau en cuivre est insignifiante comparée à la vitesse de transfert de chaleur via le liquide de refroidissement en mouvement à l'intérieur. Tout comme avec les heatpipes. Ils sont en cuivre pour déplacer la chaleur dans et hors. Sur le plan longitudinal, la vapeur déplace la chaleur. C'est pourquoi, une fois perforé, le caloduc devient inutile.
Et aussi utilisé un bloc de processeur en cuivre?
La plupart d'entre eux sont déjà en cuivre. Si ce n'est pas évident, c'est parce qu'ils sont nickelés.
Si vous souhaitez améliorer considérablement les performances des toilettes, déplacez le radiateur dans un endroit froid, comme par la fenêtre. Une contrainte de 16 ° C est facilement réalisable en hiver:) Le fait de garder le radiateur dans le même flux d’air que les autres composants annule le plus grand avantage du WC: déplacer la chaleur très loin, très loin.
Ce genre de chose peut être assez dangereux et sembler être un problème de sécurité majeur pour quelqu'un qui l'essaie à la maison. Donc, sérieusement, cette réponse est hypothétique - n'essayez rien de cela chez vous, etc.
La réponse de @ uDev est exact que vous seriez principalement concerné par deux choses:
conductivité thermique: À quelle vitesse l'énergie thermique (chaleur) se déplace-t-elle dans la substance.
capacité thermique: Quelle quantité d'énergie thermique (chaleur) peut contenir une substance (dans ce cas, avant qu'il ne soit trop chaud pour être absorbé).
L'eau est souvent un excellent liquide de refroidissement car elle a une capacité de chaleur assez élevée. C'est-à-dire qu'il faut une quantité de chaleur relativement importante pour le réchauffer.
Cela dit, je pense que certaines des autres réponses ont surestimé l’importance de la capacité calorifique dans ce cas. Le problème est que nous ne chauffons pas vraiment une quantité déterminée de liquide de refroidissement; au lieu de cela, le liquide de refroidissement coule constamment, de sorte que nous sommes essentiellement concernés par
- [capacité thermique] * [débit].
Ainsi, si un liquide de refroidissement ayant une capacité calorifique inférieure est sélectionné, la différence peut être compensée en augmentant le débit du liquide de refroidissement, jusqu'à une certaine limite raisonnable, par ex. où la chaleur de friction du flux de fluide devient problématique ou la pression du flux provoque des dommages mécaniques.
Ainsi,oui, en principe, la conductivité thermique supérieure d'un métal liquide pourrait être utile dans certaines conceptions.
Une limitation pratique est que la boucle de refroidissement ne fournit qu'une source de résistance thermique dans le mécanisme de refroidissement. Ainsi, même s’il était optimisé pour avoir une résistance thermique effective très basse, la résistance thermique de l’ensemble du système pourrait continuer à être soutenue par la résistance thermique de la CPU et de son échangeur thermique.