Płyn chłodzący komputer na ciekłym metalu? [Zamknięte]

22

Co by się stało, gdybyś umieścił dużą ilość ciekłego metalu w niestandardowej pętli chłodzącej zamiast wody / płynu chłodzącego? Z jakimi wyzwaniami byś się zmierzył? Czy zrobienie tego przyniosłoby jakąkolwiek korzyść?

BONUS: A jeśli użyjesz rur miedzianych zamiast standardowych plastikowych / szklanych rur i przepompujesz ciekły metal przez miedziane rurki? A także użyłeś miedzianego bloku procesora?

FatalSleep
źródło
Komentarze nie są przeznaczone do rozszerzonej dyskusji; ta rozmowa została przeniesiona do czatu .
Journeyman Geek
Ile metali jest płynnych w temperaturze pokojowej? Wszystkie pozostałe metale musiałyby zostać podgrzane do wysokiej temperatury, która rozgrzałaby zamiast ochłodzić system.
Infiltrator

Odpowiedzi:

29

Wszystko w odpowiedzi Keltari jest poprawne, chcę tylko rozszerzyć ją o inne ważne informacje:

Jeśli chcesz „przenosić” ciepło, musisz uwzględnić 2 główne wartości: przewodność cieplną i pojemność cieplną. Po pierwsze, jak łatwo można uzyskać / oddać ciepło z / do innego materiału, np. Uzyskać ciepło z gorącej powierzchni i oddać ciepło zimnej powierzchni. Drugi to ilość energii, jaką może zgromadzić.

Przewodność cieplna metali ciekłych jest bardzo niska w porównaniu z metalami stałymi. Czyste, stałe aluminium ma przewodność cieplną około 200 W / (m K), czysta miedź wynosi około 390 W / (m K). Z drugiej strony rtęć ma wartość około 8,5 W / (m K), a wartość wody wynosi około 0,6 W / (m K). Zatem ciekłe metale są lepsze niż woda do wymiany ciepła, ale znacznie gorsze niż metale stałe.

Pojemność cieplna to kolejna część. Zmiana temperatury o 1 K (tj. Zmiana o 1 ° C lub 2 ° F) w przypadku ciekłej wody wymaga 4,187 kJ / kg, podczas gdy ta sama zmiana w przypadku rtęci wynosi 0,125 kJ / kg, co oznacza, że ​​to samo ciepło z powierzchni procesora powstaje 32 razy większa zmiana temperatury rtęci!

Jeśli pomyślimy po prostu, 14-krotnie lepsza przewodność i 32-krotnie gorsza pojemność cieplna to około 50% gorsza suma związana z chłodzeniem wodnym, i wciąż nie bierze pod uwagę innych niebezpiecznych czynników, takich jak toksyczność lub czynniki zwarcia. (Obliczenia te nie są właściwe, ponieważ istnieje wiele innych parametrów, od których zależą te wartości, takich jak aktualna temperatura, ciśnienie oraz rozproszenie boczne przy przenoszeniu itp.)

uDev
źródło
Co jeśli teoretycznie masz jakieś miedziane rurki cieplne, które pompują ciekły metal zamiast wody? Zobacz poprawione pytanie.
FatalSleep
3
@uDev Przewodność cieplna NaK wynosi 218 W / m, nieco lepiej niż aluminium. Problem nie polega na tym, że metal jest ciekły, lecz na wyborze rtęci, która jest najgorszym metalem do chłodzenia. To tak, jakby powiedzieć, że lity metal nie nadaje się do chłodnicy, ponieważ tytan ma tylko 21,9 W / (m · K). Ta odpowiedź jest oparta na fałszywych przesłankach.
Agent_L
1
Nie jestem ekspertem w tej dziedzinie, ale wydaje mi się, że niższą pojemność cieplną rtęci można pokonać, zwiększając szybkość przepływu.
Kanadyjczyk
1
@ uDev Prawdopodobnie układ chłodzenia przenosi ciepło do środowiska, w którym to przypadku pojemność cieplna samego chłodziwa nie powinna mieć znaczenia, o ile natężenie przepływu jest wystarczająco wysokie.
Kanadyjczyk
1
@ uDev Pytanie dotyczy tego, co by się stało, gdyby wymienić wodę na ciekły metal. Twoja odpowiedź jest częściowo niepoprawna i musi zostać zredagowana, aby odzwierciedlić objętościowe porównanie pojemności cieplnej. Rtęć ma ~ 14-krotność przewodnictwa i ~ 44% pojemności cieplnej wody. Myślę, że oznacza to, że maksymalna ilość ciepła, którą system Merkurego mógłby poruszyć, jest ~ 7 razy większa niż maksymalna ilość, którą można przenieść za pomocą wody w tym samym czasie.
Kenneth Moore
44

Choć na pozór może to wydawać się dobrym pomysłem, w rzeczywistości jest to bardzo zły pomysł.

Istnieją dwa metale (bez stopów), które są płynne w temperaturze pokojowej: rtęć i gal.

Po pierwsze, rtęć jest bardzo toksyczna i powinna się nią zajmować tylko eksperci.

Gal koroduje aluminium i stal , przez co płyn chłodzący przepływa przez i pochłania ciepło. W końcu zniszczy połączenia i radiatory, co doprowadzi do następnego problemu.

Zarówno rtęć, jak i gal są przewodnikami elektrycznymi. Jeśli którykolwiek z dwóch płynów dostanie się na elektronikę, może to spowodować zwarcie, a nawet uszkodzenie elektroniki. I znowu rtęć jest niezwykle toksyczna. Już sam ten powód, aby z nich nie korzystać.

Rtęć i gal mają wysoką ekspansję objętościową z powodu ciepła. W wysokiej temperaturze mogą się znacznie rozszerzać, a ciśnienie zniszczyłoby linie chłodzące.

Sam gal nie jest cieczą w temperaturze pokojowej. Ma temperaturę topnienia 29,76 ° C 85,58 ° F, co oznacza, że ​​komputer został wyłączony i całkowicie się ochłodził, a gal zgęstniał. Może to oczywiście powodować problemy, ponieważ ciecz nie będzie w stanie przepłynąć.

Edycja w dalszych przemyśleniach:

Rtęć jest bardzo, bardzo ciężka. Jeden litr rtęci waży włosy poniżej 30 funtów (13,5 kilograma). Jeden litr galu waży 13,02 funta (6 kilogramów). Potrzeba by ogromnej pompy, aby przenieść ten płyn dookoła. Sam ciężar może spowodować zgięcie lub uszkodzenie PCB.

Keltari
źródło
4
Myślałem, że organiczne związki rtęci są wyjątkowo toksyczne, a sama rtęć jest tylko umiarkowanie toksyczna? (tzn. zjadasz go i umierasz, ale dotknięcie pół kropli skóry nie zabije cię - w przeciwieństwie do wyżej wymienionych organicznych związków rtęci)
253751
3
„Gal jest żrący dla wszystkich metali z wyjątkiem wolframu i tantalu, które mają wysoką odporność na korozję.” Czy gal (płynny lub stały) powoduje korozję wszystkich rodzajów mosiądzu?
DavidPostill
3
ekspansja wolumetryczna może być rozwiązana przy użyciu zbiornika, który nie jest wypełniony po brzegi (iow daj to miejsce do ekspansji)
maniak zapadkowy
5
Ricin i tetrodotoksyna są niezwykle toksyczne. Rtęć to „obchodź się ostrożnie, nie jedz”.
hobbs
5
Rtęć elementarna nie jest nawet bliska „ekstremalnie toksycznej”. Poradzisz sobie i wrzucisz kosz na śmieci. Możesz go zjeść, a on przejdzie przez drugi koniec. Możesz wstrzyknąć i nie zaszkodzi Ci to w inny sposób niż mechaniczne zablokowanie. Nic ci nie będzie, dopóki nie zrobisz tego wielokrotnie, ponieważ biodostępność rtęci elementarnej jest bardzo niska. Z drugiej strony dimetylortęć dotyka kropli gumową rękawiczką i to była śmiertelna ekspozycja.
Agent_L
22

Chłodnice procesorów z ciekłym metalem już istnieją:

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

Ten wykorzystuje NaK: eutektyczny stop sodu i potasu, który jest przerażająco reaktywny z powietrzem, wodą i prawie wszystkim:

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

Ten sam stop stosuje się do chłodzenia w energetyce jądrowej.

Fleetie
źródło
Każdy, kto brał chemię w szkole średniej, wiedziałby, że to bardzo, bardzo zły pomysł na wykorzystanie chłodzenia komputera ... wszystkie metale alkaliczne są bardzo reaktywne, a KNa nie jest inaczej. Połączenie tego z promieniowaniem elektromagnetycznym i żelazną obudową, która go zawiera, naprawdę sprawia, że ​​taki produkt jest niepraktyczny dla konsumentów i stanowisk pracy. Fajny wynalazek, służy celowi, ale nie wyobrażam sobie, aby komputer z domem lub biznesem był wyposażony w jeden z nich, szczególnie biorąc pod uwagę dodatkowy koszt ubezpieczenia najemcy / domu / biznesu z powodu wysokiego ryzyka reaktywności metalu alkalicznego.
JW0914
1
@ JW0914 Myślę, że możesz znacznie przecenić ryzyko. Weź pod uwagę, że ludzie mogą mieć w domu piekarniki i piece . Mogą nawet mieć kuchenki gazowe , które są podłączone do rur, które mogą dostarczać nieograniczoną ilość wybuchowego paliwa. I nie zaczynaj od tych pułapek śmierci, które trzymają w garażu, w których jest przechowywanych ponad 15 galonów benzyny!
Cort Ammon - Przywróć Monikę
@CortAmmon Fuel wymaga źródła zapłonu, metale alkaliczne nie ... reakcja egzotermiczna zachodząca z metalami alkalicznymi wystarczy, by spontanicznie spalić metale podczas gwałtownej eksplozji (jeśli nigdy nie doświadczyłeś tego w chemii w szkole średniej, sprawdź YouTube). Jest to fajny produkt, ale niesie ze sobą ryzyko, które najbardziej świadomi konsumenci (nie mówiąc już o firmach ubezpieczeniowych) nie uznaliby za akceptowalne.
JW0914
@ JW0914 Widziałem, co potrafi kilka gramów metali alkalicznych. To imponujące, nie zrozum mnie źle. Ale robi wrażenie na dość małą skalę. Powiem to w ten sposób, myślę, że towarzystwa ubezpieczeniowe powinny być o wiele bardziej dotyczy małych dzieci niż są z Danamics radiatorów. Małe dzieci również nie potrzebują źródła zapłonu.
Cort Ammon - Przywróć Monikę
Lub, jeśli o to chodzi, właściciele tabletów Samsung. To niesamowite, jakie niebezpieczne rzeczy nosimy przy sobie!
Cort Ammon - Przywróć Monikę
6

Czy zrobienie tego przyniosłoby jakąkolwiek korzyść?

Nie. Pętla WC nie jest twoją pętlą centralnego ogrzewania, która działa na gradiencie temperatury. W typowej, odpowiednio dobranej pętli WC płyn chłodzący krąży wystarczająco szybko, aby wszystkie elementy (bloki i grzejnik) miały prawie taką samą temperaturę. Oznacza to, że lepszy płyn chłodzący nie zmieniłby wiele, a cała pętla jest ograniczona wydajnością chłodnicy. Nawet jeśli tak, jak powiedział Nat, przenoszenie ciepła przez czynnik chłodzący wynosi [pojemność cieplna] * [natężenie przepływu]. Dlatego trudno jest przecenić, o ile łatwiej jest wymienić pompę na coś z serii Laing E (i zmienić rurkę na większą, aby utrzymać niskie tarcie), niż zaprojektować wszystko od zera dla płynnego płynu chłodzącego.

Nawet w przemyśle nuklearnym ciekły metal stosuje się nie tylko dlatego, że ma większą pojemność cieplną niż woda, ale także dlatego, że woda ma właściwości moderujące neutrony, co sprawia, że ​​nie nadaje się on do szybkich reaktorów neutronowych (takich jak ten na pokładzie USS Seawolf).

BONUS: A jeśli użyjesz rur miedzianych zamiast standardowych plastikowych / szklanych rur i przepompujesz ciekły metal przez miedziane rurki?

Nic. Prędkość wymiany ciepła wzdłuż miedzianej rury jest nieznaczna w porównaniu z prędkością wymiany ciepła przez poruszający się czynnik chłodzący w środku. Podobnie jak w przypadku rur cieplnych. Są miedziane, aby przenosić ciepło do środka i na zewnątrz. Wzdłużnie ciepło jest przenoszone przez parę - dlatego po przebiciu rura cieplna staje się bezużyteczna.

A także użyłeś miedzianego bloku procesora?

Większość z nich to już miedź. Jeśli to nie jest oczywiste, to dlatego, że są niklowane.

Jeśli chcesz radykalnie poprawić wydajność toalety, przenieś grzejnik do zimnego miejsca, na przykład przez okno. Stres 16 ° C jest łatwo wykonalny zimą:) Utrzymywanie chłodnicy w takim samym przepływie powietrza, jak inne komponenty, niweluje największą zaletę WC: przenoszenie ciepła daleko, daleko.

Agent_L
źródło
4

Tego rodzaju rzeczy mogą być dość podatne na ryzyko i wydają się być poważnym problemem bezpieczeństwa dla kogoś, kto wypróbuje je w domu. A tak na poważnie, ta odpowiedź jest hipotetyczna - nie próbuj tego w domu itp.

Odpowiedź @ uDev jest prawidłowa, ponieważ dotyczyłyby przede wszystkim dwóch rzeczy:

  1. przewodność cieplna : jak szybko energia cieplna (ciepło) przepływa przez substancję.

  2. pojemność cieplna : Ile energii cieplnej (ciepła) może pomieścić substancja (w tym przypadku, zanim będzie zbyt ciepła, aby ją wchłonąć).

Woda jest często świetnym czynnikiem chłodzącym, ponieważ ma dość wysoką pojemność cieplną. Oznacza to, że do podgrzania potrzeba stosunkowo dużej ilości ciepła.

To powiedziawszy, myślę, że niektóre inne odpowiedzi przeceniły, jak ważna jest pojemność cieplna w tym przypadku. Problem polega na tym, że tak naprawdę nie tylko podgrzewamy określoną ilość chłodziwa; zamiast tego płyn chłodzący ciągle płynie, tak że jesteśmy w zasadzie zainteresowani

  • [pojemność cieplna] * [natężenie przepływu].

Tak więc, jeśli wybrano chłodziwo o niższej pojemności cieplnej, różnicę można zrekompensować, zwiększając natężenie przepływu chłodziwa, do pewnego rozsądnego limitu, np. Tam, gdzie ciepło tarcia przepływu płynu staje się problematyczne lub ciśnienie przepływu powoduje mechaniczne uszkodzić.

Tak, tak , w zasadzie większa przewodność cieplna ciekłego metalu może być pomocny w niektórych wzorów.

Praktycznym ograniczeniem jest to, że pętla chłodząca zapewnia tylko jedno źródło oporu cieplnego w mechanizmie chłodzącym. Tak więc, nawet jeśli zoptymalizowano go tak, aby miał bardzo niski efektywny opór cieplny, ogólny opór cieplny systemu mógłby być nadal wspierany przez opór cieplny procesora i wymiennika ciepła na nim.

Nat
źródło
Jest wiele parametrów, o których nie mówiłem. Inżynieria cieplna jest odrębną nauką, nie mieści się w niektórych liniach. Kiedy planowałem sigle laserową chłodnicę diod (około 10 lat temu, od zintegrowanej obudowy diody do chłodnicy + wentylatorów), zajęło tygodnie (w tym eksperymenty potwierdzające), aż otrzymaliśmy akceptowalne rozwiązanie (które wciąż jest w produkcji).
uDev
1
@ uDev Hah tak, te systemy mogą mieć wiele. Szczerze mówiąc, pytanie to wydaje się trochę kiepskie dla SuperUser, ponieważ ta strona najwyraźniej nie ma włączonego TeXa; fajniej byłoby porozmawiać o tym na SE.inżynierii czy coś w tym rodzaju.
Nat