пристрій водоблоку

Розгляд процесів, що протікають всередині водоблоку

Водяним охолодженням користуються багато моддери і прості комп'ютерні ентузіасти. Але чи розуміємо ми, що насправді ховається під шаром пластика і металу?

В одній з наших попередніх статей ми вже розглянули плюси і мінуси водяного охолодження, розібралися із загальним принципом роботи. Але як показує практика, більшість людей не знають, які конкретно фізичні процеси лежать в основі водяного охолодження, і як їх направити в потрібне русло.

Провідні світові бренди, які спеціалізуються на виробництві компонентів для систем водяного охолодження, мають у своєму розпорядженні в своєму асортименті ряд ефективним і вдалих водоболоков. Вони часто мають несхожий один на одного дизайн і конструкцію. Так що ж дозволяє їм працювати настільки продуктивно?

Але для початку нам слід розібратися в загальних принципах роботи водоблоку. Отже, начебто все ясно, водоблок охолоджує процесор. Але насправді це твердження є спірним. Спробуємо перефразувати. Водоблок зберігає теплову рівновагу між своєю контактною поверхнею і теплорозподільної кришкою знаходиться знизу чіпа. І ніякого охолодження.

Все ідентично повітряному охолодженню. Радіатор насправді не охолоджує комплектуючі, він просто збільшує площу поверхні для відводу тепла. І з підвищенням маси металу, частка тепла, що припадає на одну молекулу, зменшується. Тому створюється ілюзія охолодження. Справжня завдання охолодження - відвести тепло від чіпів і інших гріються частин комп'ютера. Чи буде переносником повітря або вода - не важливо.

Здавалося б, охолоджує радіатор чіп або відводить тепло, різниці немає. Але саме ця різниця і створює необхідне сприйняття ролі водоболока. Все вищесказане можна об'єднати в одну тезу: мета водоблоку - не остудили процесор, а забезпечити контакт з найбільшою кількістю молекул води.

Це істина може здатися елементарної. Але з неї можна виділити ряд наслідків.

1). Більше - не означає краще. Великий шматок міді може непогано відводити тепло. Але у нас стоїть інше завдання - забезпечити максимально можливий теплообмін між металом і водою. Уявіть, що вздовж величезного радіатора проходить тонка струмінь води. Деяка частина тепла буде передаватися, але велика частина металу витрачена просто даремно.

2). Збільшення площі контакту. Для підвищення теплообміну необхідно підвищити площу зіткнення води з металом. Іншими словами, потрібна установка додаткових ребер всередині водоблоку, як і в повітряному охолодженні. Ідея ефективної СВО, де вода швидко і безперешкодно проходила б по водоблоку, є простим міфом.

3). Збереження теплового рівноваги. Як відомо, температури розподільної кришки чіпа і контактної поверхні водоблоку різниться. Також різняться і температури водоблоку і води всередині нього. Це різниця носить постійний характер. Вона викликана тепловим опором. І чим ближче один до одного температури двох суміжних середовищ, тим ефективніше охолодження.

4). Положення має значення. Так як головна задача будь-якого радіатора - відводити тепло, то він має більш гарячі і більш холодні зони. Місце пікової температури знаходиться прямо над процесором. Тому в цій точці слід сконцентрувати максимальну площу контакту з водою.

Звичайно, існує ще ряд принципів охолодження, які необхідно розглянути. Заглянемо в підручник фізики. Розберемося з ламінарним і турбулентним плином води і познайомимося з головним ворогом водяного охолодження - граничним шаром.

Ламинарное або струйчатая течія - фізична властивість води контактувати з поверхнею речовин. При ламінарному плині вода переміщається рівномірно, без фактичних змін швидкості і хаотичного руху молекул. При цьому молекули, що знаходяться в граничному шарі, рухаються дещо повільніше в порівнянні з внутрішніми.

Чому створюються саме струйчатая протягом? Збуджені молекули води починають рухатися швидше. Вони і утворюють центральний шар. У міру охолодження, молекули починають сповільнюватися і переходити на периферійні шари. Проміжні шари забирають тепло від центральних і охолоджуються від повільних бічних. Таким чином, підтримується теплова рівновага.

Отже, центровий шар води більш гарячий і швидкий. У міру остигання, молекула сповільнюється і пересувається до периферії. Цей прикордонний шар зберігається на всьому шляху проходження води. Він згладжує поверхню, будучи одночасно і тепловим ізолятором. Саме це властивість ламінарної течії зменшує теплообмін води з водоблоком, а значить, погіршує охолодження.

Ламінарний плин породжує ще одну біду - граничний шар. Внутрішня поверхня будь-якого водоблоку не є рівною: вона всіяна безліччю мікроскопічних ямок і заглиблень. Як ми вже з'ясували, зовнішній шар ламінарної течії рухається з найменшою швидкістю. Це дозволяє молекулам води забиватися в ці нерівності, поки поверхня повністю не вирівняється. Утворився граничний шар діє на зразок теплового ізолятора.

У міру нагрівання засіли в ямках молекул води, їх енергія починає зростати. Це дає їм шанс вилізти з цього ув'язнення. Але процес є настільки повільним, що його можна не враховувати. До того ж місця, що звільнилися тут же займуть молекули з меншою енергією.

Справжнім рятівником є ​​турбулентний шар. Він є протилежним ламінарному течією. Коли молекули води перемішуються, вони мають достатньо енергії для подолання сусідніх шарів.

Турбулентний плин утворюється з ламінарного. Для цього необхідно лише додаткове зусилля, яке розіб'є шари води. Інакше кажучи, під дією деякої сили молекули води вже не зможуть втриматися в одному шарі, що призведе до їх перемішування. Такий ефект формує викривлену траєкторію рух. Саме тому в багатьох Водоблок є частини у формі «S».

До чого вся ця суха теорія? Та до того, що в області турбулентного шару фіксується максимальний теплообмін. Хаотично рухаються молекули приймають більше тепла. У міру зниження їх швидкості, знову починає відновлюватися ламінарний шар.

Тепер ми знаємо набагато більше про фізику процесів всередині водоблоку. Сам водоблок не повинен мати величезні розміри, необхідно просто максимально збільшити площу контакту над самим чіпом.

Ще однією умовою успішного охолодження є відсутність граничного шару. Тому при вході в водоблок вода повинна мати необхідну швидкість для руйнування ламінарного течії. При цьому температуру рідини слід тримати на досить низькому рівні, щоб прийняти тепло від водоблоку.

В кінці воді необхідно вийти з водоблоку. Але лише після того, як буде впитано максимальну кількість тепла, яке взагалі в таких умовах може перенести вода. Тому вихід найчастіше розташовується в дальньому кутку водоблоку. Так рідина буде контактувати з максимальною поверхнею. До того ж в кінці слід відновити ламінарний плин, щоб вода без перешкод і втрати тиску змогла дістатися до радіатора, де вже буде охолоджена.

Ось ми і отримали опис відмінного водоблоку. Тепер, коли нам зрозумілі сили, які мають вирішальне значення в ефективності цього пристрою. Тому на ринку існує кілька провідних компаній з виробництва СВО: втілити в реальності все закони теплообміну досить важко. У наступному випуску статтею про СВО ми познайомимося з чотирма кращими водоблоками, розглянемо їх сильні і слабкі сторони.

Обговорення матеріалу йде в нашій конференції.

4 найпродуктивніших водоблоку

У попередній статті про СВО ми розглянули всі, що потрібно знати для побудови продуктивного водоблоку. Ми розуміємо, що він робить, і розуміємо, як він це робить. Ми також визначили деякі правила, які необхідно застосувати при створенні водоблоку.

Але чиста теорія нічого не варто без прикріпленої практики. Так як бюджет навіть найзавзятіших комп'ютерних ентузіастів цілком обмежений, ми пропонуємо поглянути всередину водоблоку перед його покупкою.

Ми вирішили взяти чотири найпродуктивніших водоблоку і розглянути їх ближче. Вони впорядковані в алфавітному порядку.

Aquacomputer Cuplex XT

Всім відомо якість німецьких інженерних виробів. І одним з його найкращих прикладів є водоблок Aquacomputer Cuplex XT. Модель XT є заміною дуже популярною Cuplex Evo, яка мала малі розміри.

Хоча говорити про малих розмірах кілька неправильно, адже всім відомо, що чим більше води, тим більше тепла вона зможе увібрати. Але не кожен моддер хоче бачити трубки з діаметром перетину в півдюйма, до того ж побудувати низькопрофільний водоблок досить складно.

Спочатку розглянемо нижню половину водоблоку. Вона дуже тонка - мідна пластина менше сантиметра товщиною. Поверхня вкрита лісом невеликих мідних пік. Він дозволяють воді вільно рухатися між ними в будь-якому напрямку. Піки сконцентровані в центрі водоблоку, прямо над процесором. Периферійні ділянки мають гладку поверхню для вільного виходу води.

Тепер звернемо увагу на середній шар водоблоку, що знаходиться під акрилової кришкою. Вихідний отвір знаходиться зліва. Надходить вода через мережу дрібних сопел. Це дозволяє створити додаткову турбулентність в потоці. Отвори поділені на два сектори для рівномірного покриття ребер водоблоку.

Чи можете ви визначити найбільш вдалі рішення в цьому Водоблок? Мережа дрібних сопів ще на вході створює турбулентний потік. Це відрізняє Aquacomputer Cuplex XT від багатьох інших примірників. Але є і слабкі місця. Так, площа впускних отворів можна було збільшити для підвищення тиску.

Досить деякі імена асоціюються з СВО настільки сильно, наскільки Danger Den. І цьому є своє пояснення. Вже протягом кількох років божевільний моддер з США конструює водоблоки.

Найпопулярнішим водоблоком в модельному ряді Danger Den сьогодні є TDX. Одна з його модифікацій MC-TDX призначена для багатоядерних процесорів.

Danger Den TDX має неймовірно простий дизайн. У центрі водоблоку знаходяться пластини радіатора, саме там, де вони дійсно необхідні. TDX має досить велику глибину. Це зроблено для використання високого тиску.

Однією з особливостей водоблоку є насадка на ребрах. Вона дозволяє максимально сконцентрувати вхідний потік води. Це не тільки підвищує його швидкість, але і остаточно руйнує ламінарний плин. Велика площа гладкою бічній поверхні дозволяє воді відновити граничний шар і безперешкодно вийти з водоблоку.

Що можна змінити в Danger Den TDX? Ребра можна було зробити менше по діаметру і вище. Це збільшило б площа контакту. Але якщо підвищення тепловіддачі під питанням, то ціна такої модифікації точно збільшиться.

Порушити сформовану традицію намагається D-Tek FuZion. На сьогоднішній день багато комп'ютерних ентузіасти вважають його найефективнішим пропозицією на ринку. Для того щоб зрозуміти причини високої продуктивності водоблока, заглянемо всередину.

Як і Aquacomputer Cuplex XT, він має трирівневу структуру. Верхня кришка має тільки отвори впуску та випуску, так що зупинимося відразу на двох нижніх шарах.

Мідна пластина товщиною менше одного сантиметра усипана дрібними виступами в центрі. Потік води входить прямо по центру, проходить через ребра і виштовхується до кутів. Там вже знаходяться невеликі мідні ребра, розташовані вздовж напрямку течії води. Це створює додаткову площу контакту, не знижуючи швидкість потоку.

Варто відзначити, що середня секція водоблоку зроблена з полиформальдегида, так що тепло від води не вбирається назад в водоблок при виході, а повністю переноситься далі.

Чи можна зробити найпродуктивніший водоблок ще краще? Втім, всі речі можна зробити краще. В даному випадку вхідні струмінь має ламінарний плин. Можна встановити насадку для створення додаткової турбулентності.

Продукція EK порівняно недавно з'явилася на ринку, але вже встигла зробити своє ім'я впізнаваним завдяки серії бистропоточних водоблоков. Останнє покоління Supreme має найбільш незвичайний дизайн серед всіх розглянутих моделей. Перпендикулярні лінії ребер водоблоку і отворів вхідного каналу виглядають трохи парадоксально. Але це працює.

Основа водоблоку досить проста - тільки 49 довгих мідних паралельних ребер. Площа контакту доведена до максимуму. Безперервність ребер означає, що вода пройде уздовж всієї його довжини. Це створює багато контакту, але і багато граничного шару.

Як би там не було, незвичайна середня секція робить свою справу. Сім довгих отворів розташовані перпендикулярно ребрам всередині водоблоку. Їх довжина розрахована так, щоб всі жолобки були заповнені.

По краях внутрішньої поверхні водоблок гладкий. Це зроблено для відтворення ламінарної течії.

Єдиною проблемою є все-таки саме це ламінарний плин. Ребра мають досить велику довжину, так що висока турбулентність зберігається тільки під вхідними отворами. Вони розташовані прямо по центру, над найгарячішою точкою процесора, що дозволяє зняти значну частину тепла.

Тепер, коли ми розглянули кращі світові водоблоки, ми можемо точно сказати: теорія знайшла втілення в практиці. І хоча кожен екземпляр має як сильні, так і слабкі сторони, в кожному з них застосовані знання фізики і термодинаміки.

Втім, можна взятися за створення власного водоблоку. Якщо підійти до справи з відповідальністю, то у будь-якого моддера вийде зібрати мідний водоблок, ефективність якого не буде сильно поступатися розглянутим вище. По крайней мере, цілком реально домогтися різниці в 3-5 градусів. Все що для цього потрібно - мідь, руки і набір необхідних інструментів.

Обговорити статтю можна на нашому форумі.