Resfriamento líquido de um PC em metal líquido? [fechadas]

Question

O que aconteceria se você colocasse uma grande quantidade de metal líquido em um circuito de resfriamento personalizado em vez de água / líquido de arrefecimento? Quais desafios você enfrentaria? Até haveria algum benefício em fazer isso?

BÔNUS: E se você usasse tubos de cobre em vez de tubos de plástico / vidro padrão e bombeasse metal líquido através dos tubos de cobre? E também usou um bloco de CPU de cobre?

    

Answer 1

Tudo na resposta de Keltari está certo, eu só quero expandi-lo com alguma outra informação importante:

Quando você quer "transferir" o calor, você precisa lidar com dois valores principais: Condutividade térmica e capacidade térmica. Primeiro é como facilmente obter / dar calor de / para outro material, como obter o calor da superfície quente e dê o calor à superfície fria. A segunda é quanta energia pode loja.

A condutividade térmica dos metais líquidos é muito baixa em comparação com os sólidos. O alumínio puro, sólido, tem uma condutividade térmica de cerca de 200 W / (m K), o cobre puro é de cerca de 390 W / (m K). O mercúrio, por outro lado, tem um valor de cerca de 8,5 W / (m K) e o valor da água é de cerca de 0,6 W / (m K). Metais assim líquidos são melhores que a água para transferência de calor, mas muito pior do que os metais sólidos.

A capacidade de calor é outra parte. Uma mudança de 1 K na temperatura (isto é, 1 ° C ou 2 ° F) para água líquida requer 4,187 kJ / kg, enquanto a mesma alteração para mercúrio é 0,125 kJ / kg, isto significa que o mesmo calor da superfície do CPU é de 32 vezes maior mudança de temperatura no mercúrio!

Se pensarmos simplesmente, 14 vezes melhor condutividade e 32 vezes pior capacidade de calor é cerca de 50% pior soma relacionada ao resfriamento de água, e ainda não levando em conta outros fatores perigosos, como toxicidade ou os fatores de curto-circuito. (Este cálculo não é apropriado, porque há muitos outros parâmetros dos quais esses valores dependem, como os atuais temperatura, pressão, e há dissipação lateral na transferência, etc.)

    

Answer 2

Enquanto na superfície isso pode parecer uma boa ideia, na verdade, essa é uma idéia ruim muito .

Existem dois metais (não incluindo ligas) que são líquidos à temperatura ambiente: Mercúrio e Gálio.

Em primeiro lugar, o mercúrio é extremamente tóxico e só deve ser tratado por especialistas.

O Gallium será corroer o alumínio e o aço , que é o que o líquido de arrefecimento percorre para dissipar o calor. Eventualmente destruirá as juntas e dissipadores de calor, o que levará ao próximo problema.

Tanto o mercúrio como o gálio são condutores elétricos. Se um dos dois líquidos vazar para o sistema eletrônico, isso pode causar curtos e até danificar os componentes eletrônicos. E novamente, o mercúrio é extremamente tóxico. Isso por si só é uma razão para não usá-los.

O mercúrio e o gálio têm uma alta taxa de expansão volumétrica devido ao calor. Sob alto calor, eles podem se expandir muito e a pressão destruiria as linhas de resfriamento.

O gálio em si não é um líquido na temperatura ambiente . Tem um ponto de fusão de 85,58 ° F (29,76 ° C), o que significa que o PC foi desligado e completamente resfriado, o gálio solidificaria. Isto, obviamente, poderia causar problemas, uma vez que o líquido não seria capaz de fluir.

Editando mais algumas reflexões:

Mercúrio é muito, muito pesado. Um litro de mercúrio pesa menos de 13,5 quilos. Um litro de gálio pesa 13,02 libras (6 quilos). Seria preciso uma bomba enorme para movimentar esse líquido. O peso sozinho pode fazer com que os PCBs flexionem ou quebrem.

    

Answer 3

Os coolers para processadores de metal líquido já existem:

link

Este usa NaK: uma liga eutética de sódio e potássio, que é assustadoramente reativa com ar, água e praticamente qualquer coisa:

link

A mesma liga é usada para resfriamento na indústria de energia nuclear.

    

Answer 4

Would there even be any benefit to doing this?

Não. O loop de WC não é o seu ciclo de aquecimento central, que funciona no gradiente de temperatura. Em um loop de WC típico, adequadamente dimensionado, o refrigerante é circulado com rapidez suficiente para que todos os elementos (blocos e radiador) estejam quase na mesma temperatura. Isso significa que um melhor refrigerante não mudaria muito, e todo o loop é limitado pelo desempenho do radiador. Mesmo assim, como disse Nat, a transferência de calor por refrigerante é [capacidade calorífica] * [taxa de fluxo]. Portanto, é difícil exagerar o quanto é mais fácil substituir a bomba por algo da série Laing E (e mudar a tubulação para maior para manter a fricção baixa) em vez de projetar tudo do zero para um líquido refrigerante de metal.

Mesmo na indústria nuclear, o metal líquido é usado não apenas porque tem mais capacidade de calor do que a água, mas porque a água tem propriedades de moderação de nêutrons, o que torna impossível o uso de reatores de nêutrons rápidos (como o USS Seawolf) .

BONUS: What if you used copper tubes instead of standard plastic/glass tubes and pumped liquid metal through the copper tubes?

Nada. A velocidade de transferência de calor ao longo de um tubo de cobre é insignificante em comparação com a velocidade de transferência de calor através do refrigerante em movimento no interior. Assim como com heatpipes. Eles são de cobre para mover o calor para dentro e para fora. Longitudinalmente, o calor é movido por vapor - é por isso que, uma vez perfurado, o heatpipe se torna inútil.

And also used a copper CPU block as well?

A maioria deles já é de cobre. Se isso não é óbvio, é porque eles são niquelados.

Se você quiser uma melhora drástica no desempenho do WC, mova o radiador para um local frio, como fora da janela. O estresse de 16 ° C é facilmente realizável no inverno:) Manter o radiador no mesmo fluxo de ar que outros componentes anula a maior vantagem da CC: movendo o calor para longe, muito longe.

    

Answer 5

Esse tipo de coisa pode ser bastante propenso a riscos e parece ser um grande problema de segurança para alguém testando em casa. Então, seriamente, essa resposta é hipotética - não tente nada disso em casa, etc.

A resposta do @ uDev está correta: você estaria preocupado principalmente com duas coisas:

1. condutividade térmica : Quão rápida a energia térmica (calor) se move através da substância.

2. capacidade de calor : Quanta energia térmica (calor) uma substância pode conter (neste caso, antes que esteja muito quente para absorver mais) . p>

A água costuma ser um ótimo refrigerante porque tem uma capacidade de calor bastante alta. Isto é, é preciso uma quantidade relativamente grande de calor para aquecê-lo.

Acho que algumas das outras respostas superestimaram a importância da capacidade de calor neste caso. A questão é que não estamos apenas esquentando uma quantidade fixa de refrigerante; em vez disso, o refrigerante está fluindo constantemente, de modo que estamos basicamente preocupados com

• [capacidade de aquecimento] * [taxa de fluxo].

Assim, se for seleccionado um refrigerante com uma capacidade de calor mais baixa, a diferença pode ser compensada aumentando a taxa de fluxo do refrigerante, até um certo limite razoável, e. onde o calor de fricção do fluxo do fluido se torna problemático ou a pressão do fluxo causa danos mecânicos.

Então, sim , em princípio a maior condutividade térmica de um metal líquido pode ser útil em alguns projetos.

Uma limitação prática é que o circuito de resfriamento fornece apenas uma fonte de resistência térmica no mecanismo de resfriamento. Portanto, mesmo que fosse otimizado para ter uma resistência térmica efetiva muito baixa, a resistência térmica do sistema geral poderia continuar a ser sustentada pela resistência térmica da CPU e do trocador de calor.