[實驗]熱,風流量,與溫差的絕對關係,談物理極限

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[實驗]熱,風流量,與溫差的絕對關係,談物理極限

http://www.sunon.com.tw/wealth/tech/tech-04.htm

先把上述網頁先看熟吧！

公式主要是敘述一個散熱系統中,流量,功耗與溫差的關係

流量:意指該系統的實際風流量

功耗:意指該系統的耗電,以電腦而言功耗會幾乎100%轉換為熱能

溫差:亦指出風口平均溫度-入風口平均溫度

此公式可以直接由空氣的密度與比熱算出

計算過程我就不浪費時間詳細說明
計算工具會在此篇直接放上來

接下來是以實驗直接驗證此公式

為了準備此實驗　足足花了兩年多組這台特別的電腦
也是因為很早就拿到這個公式,所以我才會放膽執行電腦單一風扇散熱的挑戰

實驗方法:準備一台可以量測到功耗的電腦,而且將出風口減少到只剩一處,並儘量讓出風口溫度平均

準備過程如下:
http://www.pcdvd.com.tw/showthread.php?t=720224

量測方法:

http://extremetech.myweb.hinet.net/F&H01.jpg
第一部,為避免影響實驗結果,先暫時將電源供應器後端,出風流速偏低的部位,用膠帶暫時貼起來

http://extremetech.myweb.hinet.net/F&H02.jpg
另外準備一條,平淡無奇的小護士,今天溫度挺冷,房間內21.9度

燒機方法:背景執行WCG,跑3DMark03 SM2.0 1920*1440 4XAA 16XAF
一百遍,一百遍,再來一百遍,兩個多小時幾乎不中斷燒機

使用海韻Power Angel量測AC耗電端為169W AVG

http://extremetech.myweb.hinet.net/F&H03.jpg
用小護士量測電源後端出風口溫度

http://extremetech.myweb.hinet.net/F&H035.jpg
多點測溫,測得平均溫度為44度

http://extremetech.myweb.hinet.net/F&H04.jpg
利用三神器之一:風速計,量測電源供應器出風口氣流流速=310ft/min

http://extremetech.myweb.hinet.net/F&H05.jpg
出風口面積=45.75cm^2=0.0492ft^2
出風口流量=310ft/min*0.0492ft^2=15.26CFM

http://extremetech.myweb.hinet.net/Flow&heat.xls
奉上計算工具(Excel檔),要的就抓吧

http://extremetech.myweb.hinet.net/F&H06.jpg
計算結果出風口理想溫度為42.5度實際平均溫度為44度誤差1.5度實驗誤差6.8%

計算工具說明:
黃色=輸入欄位,填數字

淺藍色=輸出欄位,看結果

Ambient Temp.=環境溫度,房間內溫度
System air flow=系統風流, 千萬不要直接把風扇標示的CFM值代入,風扇標示值代表在無風組下的最大風流
實際系統風流通常不超過風扇標示的1/2~1/3
Heat= 系統熱量,功耗, 可以用海韻Power Angel量到 , 如果只看顯示卡部分可以用更專業的儀器量測,我這邊只有Power Angel

Outlet Temp.=出風口平均溫度

接下來就是問題了,為何我要用這麼複雜的算試,或是實驗找出風口平均溫度

先注意!算試早在兩年前就先找到了
當時帶入數據為環溫30度,系統風流20CFM 系統耗電150W 算得出風口均溫44度
以熱由高溫網低溫傳的原理CPU溫度勢必比PSU入風口的溫度高
至於儘量降低溫差,就是散熱效率要儘量做好
所以接下來才會有一顆風扇改裝計畫

出風端為 44度環溫 21.9度
假定空氣的比熱在此段範圍內為定值
以此電源供應器 ST50EF Plus 一般表現為83%效率計算
由CPU散熱器進入電源供應器端的溫度為 (44-21.9)*0.83+21.9=40.243度
該溫度稱為物理極限,即是Cooler出風口端平均溫度
此溫度在固定風流量,固定耗電量時,出風溫度是沒辦法再降低的
除非使用制冷片,CPU的溫度一定比這個溫度高
這次試驗時CPU 溫度為49度(Everest) 僅比物理極限高出9度
而散熱效率再良好的Cooler也是不可能把CPU溫度降到極限溫度之下(除非使用制冷片)

__________________
要用FurMark燒機請注意,作者建議跑15分鐘就好/電腦電源接頭規格
加入 F@H分散運算,幫助對抗疾病/
/加入WCG分散運算,幫助解決癌症,AIDS,糧食與能源問題

http://cid-d082ecba16a55988.skydriv...=GetSharingLink
VGAMaster 請多多支持,歡迎任意轉貼!

2007-12-04, 01:08 AM #1

orakim

Master Member

加入日期: Sep 2003

文章: 1,810

引用:

作者ks0786

看不懂
請問有淺顯易懂的結論嗎 ?

淺顯的啊，其實很簡單
熱量由散熱片傳至空氣中的速率跟他們之間的溫差有關
而室溫在一樣的區域來說可以算固定的，而元件可正常工作的溫度極限也算是固定
兩個固定的溫度能造成的溫差當然也是固定的，固定溫差下熱量傳遞的速率相同(有極限)
所以傳輸熱量的速率有他的極限，不過這一點在一般人來說早就是常識
(乾冰、液態氮...等極限超頻就是這樣來的)

有公式可驗證啊？我完全不相信
除非有台超級電腦(可以模擬空氣分子流動計算一堆流體力學)，再建立主機模型，加上一堆熱力學運算
這些東西都不是簡單的公式可帶過的

不過可以做到的一件事，一個固定的系統+可以調轉速的風扇
可以調調看轉速，畫出風量跟溫度間的關係
在一個風向順暢沒有太多亂流的系統，風量是越大越好
(注意系統內的氣壓最好跟大氣壓相同，要不然把電一直花在維持壓力差上很不值得)

風量越大散熱片溫度越接近室溫，也接近空氣與散熱片之間熱量傳遞速率的極限
散熱片越接近室溫也只是接近熱量傳遞速率的極限，傳遞的熱量還要加上考慮散熱面積
(同樣速率散熱面積越大傳遞熱量越多，這也是常識)

傳輸的速率有極限，但傳輸的熱量要讓他達到極限很難(不是做不到而是很難)
散熱面積可以擴大，熱導管也可以增加
上面說得很難指的是要讓工藝發揮到傳遞熱量的極限很難
(因為工藝有他們自己的極限，沒辦法達到熱力學上的極限)

而一般人能做到的就只有，規劃風向(順暢)、改善散熱片(面積、材質、造型)、增加風量
越靠近極限所花費的金錢與報酬不成比例
還要更多的話就只能從改變室溫方向切入，增加散熱片與處理器溫差

此文章於 2007-12-07 02:17 AM 被 orakim 編輯.

2007-12-07, 02:08 AM #5

lolita

Junior Member

加入日期: May 2005

文章: 980

老實說我也是結論那裡看不太懂^^"
就是

引用:

接下來就是問題了,為何我要用這麼複雜的算試,或是實驗找出風口平均溫度

之後的那部分

我想簡單的說是 (如果我會錯意請糾正

假如現在有一個黑盒子(電腦)
由一端送入冷空氣，由另一端帶出熱
黑盒子內產生的熱是固定的，風的流量是固定的
達到平衡時會有一個進出之間的溫度差(帶走固定的熱能)
在不改變平衡狀態下(除非改變電腦功耗or風的流量)
黑盒子內部各點的溫度該如何取捨?
要CPU溫度較低，就讓冷空氣一開始先經過CPU
但在路徑的最後一個裝置，相對的熱就比較不容易散出
又或者讓各點的溫差都是最大的
空氣由最不熱的流到最熱的，可讓各點都能平均的散熱
如果是只用一個風扇，我想後者可能會比較好?

以相同的風量=>不同功耗和溫度間的變化
再以相同功耗=>不同風量和溫度間的變化
是否可得一個有力且簡單明瞭的關係?

此文章於 2007-12-07 10:29 AM 被 lolita 編輯.

2007-12-07, 10:28 AM #8

Raziel Elite Member 加入日期: Dec 2006 您的住址: Taipei 文章: 8,344	那這個結論的意思是指.....推制冷片的散熱系統嗎? __________________ <伸出援手加入亞洲超強隊從今天開始! 加入BOINC@Taiwan的World Community Grid團隊與 Folding@Home 台灣聯盟隊,分享你的電腦運算力,協助解決複雜的能源,糧食,與疾病等重大難題.>
2007-12-04, 03:23 AM #3

ks0786 Advance Member 加入日期: Sep 2002 文章: 416	看不懂請問有淺顯易懂的結論嗎 ?
2007-12-04, 04:03 AM #4

KantLiou Regular Member 加入日期: May 2003 您的住址: 林口長庚大學文章: 53	不管如何只要全速運轉達STEADY STATE不會熱當機就好了, 其它..聽天由命吧!會壞的電子元件還是會壞看開一點吧.
2007-12-07, 05:19 AM #6