Raffreddamento a liquido di un PC su metallo liquido? [chiuso]

Cosa accadrebbe se si inserisse una grande quantità di metallo liquido in un circuito di raffreddamento personalizzato anziché in acqua / refrigerante? Quali sfide affronteresti? Ci sarebbe anche qualche beneficio nel fare questo?

BONUS: Cosa succede se si utilizzano tubi di rame invece di normali tubi di plastica / vetro e si pompano metallo liquido attraverso i tubi di rame? E hai usato anche un blocco CPU in rame?

Tutto nella risposta di Keltari è giusto, voglio solo espanderlo con alcune altre informazioni importanti:

Quando si desidera "trasferire" il calore, è necessario affrontare 2 valori principali: conducibilità termica e capacità termica. Il primo è quanto facilmente ottenere / dare calore da / ad altro materiale, come ottenere il calore dalla superficie calda e dare il calore alla superficie fredda. Il secondo è quanta energia può immagazzinare.

La conduttività termica dei metalli liquidi è molto bassa rispetto a quelli solidi. L'alluminio puro, solido, ha una conduttività termica di circa 200 W / (m K), il rame puro è di circa 390 W / (m K). Il mercurio, d'altra parte, ha un valore di circa 8,5 W / (m K) e il valore per l'acqua è di circa 0,6 W / (m K). Quindi i metalli liquidi sono migliori dell'acqua per il trasferimento di calore, ma molto peggio dei metalli solidi.

La capacità termica è un'altra parte. Una variazione di temperatura di 1 K (ovvero una variazione di 1 ° C o 2 ° F) per acqua liquida richiede 4.187 kJ / kg, mentre la stessa variazione di mercurio è 0,125 kJ / kg, ciò significa che lo stesso calore dalla superficie della CPU subisce un 32 volte maggiore variazione di temperatura nel mercurio!

Se pensiamo semplicemente, una conduttività 14 volte migliore e una capacità termica 32 volte peggiore è una somma peggiore di circa il 50% correlata al raffreddamento ad acqua, e non tiene ancora conto di altri fattori pericolosi, come la tossicità o i fattori di corto circuito. (Questo calcolo non è corretto, perché ci sono molti altri parametri da cui dipendono questi valori, come la temperatura attuale, la pressione e c'è una dissipazione laterale sul trasferimento, ecc.)

Mentre in superficie questo potrebbe sembrare una buona idea, in realtà, questa è una molto cattiva idea.

Esistono due metalli (escluse le leghe) liquidi a temperatura ambiente: mercurio e gallio.

Prima di tutto, il mercurio è estremamente tossico e deve essere gestito solo da esperti.

Il gallio corroderà l'alluminio e l'acciaio , che è ciò che il refrigerante scorre sopra / attraverso per dissipare il calore. Alla fine distruggerà le articolazioni e i dissipatori di calore, il che porterà al prossimo problema.

Sia il mercurio che il gallio sono conduttori elettrici. Se uno dei due liquidi dovesse fuoriuscire dall'elettronica, potrebbe causare cortocircuiti e persino danneggiare l'elettronica. E ancora, il mercurio è estremamente tossico. Questo da solo è un motivo per non usarli.

Il mercurio e il gallio hanno un alto tasso di espansione volumetrica dovuta al calore. Sotto forte calore, possono espandersi notevolmente e la pressione distruggerebbe le linee di raffreddamento.

Gallio si è neanche un liquido a camera temperatura. Ha un punto di fusione di 85,78 ° F (29,76 ° C), il che significa che il PC è stato spento e completamente raffreddato, il gallio si solidificherebbe. Questo ovviamente potrebbe causare problemi, poiché il liquido non sarebbe in grado di fluire.

Modifica di alcuni altri pensieri:

Il mercurio è molto, molto pesante. Un litro di mercurio pesa meno di 30 libbre (13,5 chilogrammi). Un litro di gallio pesa 13,02 libbre (6 chilogrammi). Ci vorrebbe una pompa enorme per spostare quel liquido in giro. Il solo peso potrebbe causare la flessione o la rottura dei PCB.

Esistono già dispositivi di raffreddamento per CPU in metallo liquido:

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

Questo usa NaK: una lega eutettica di sodio e potassio, che è spaventosamente reattiva con aria, acqua e praticamente qualsiasi cosa:

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

La stessa lega viene utilizzata per il raffreddamento nel settore dell'energia nucleare.

Ci sarebbe anche qualche beneficio nel fare questo?

No. Il circuito WC non è il circuito di riscaldamento centralizzato che funziona sul gradiente di temperatura. In un tipico circuito stampato di dimensioni adeguate, il liquido di raffreddamento viene fatto circolare abbastanza velocemente che tutti gli elementi (blocchi e radiatore) sono quasi alla stessa temperatura. Ciò significa che un migliore refrigerante non cambierebbe molto e l'intero circuito è limitato dalle prestazioni del radiatore. Anche in questo caso, come ha affermato Nat, il trasferimento di calore tramite refrigerante è [capacità termica] * [portata]. Quindi è difficile sopravvalutare quanto sia più semplice sostituire la pompa con qualcosa della serie Laing E (e cambiare il tubo in più grande per mantenere basso l'attrito) piuttosto che progettare tutto da zero per un liquido di raffreddamento in metallo liquido.

Anche nell'industria nucleare, il metallo liquido viene utilizzato non solo perché ha una maggiore capacità di calore rispetto all'acqua, ma perché l'acqua ha proprietà di moderazione dei neutroni che la rendono totalmente inutile per i reattori a neutroni veloci (come quello a bordo della USS Seawolf).

BONUS: Cosa succede se si utilizzano tubi di rame invece di normali tubi di plastica / vetro e si pompano metallo liquido attraverso i tubi di rame?

Niente. La velocità del trasferimento di calore lungo un tubo di rame è insignificante rispetto alla velocità del trasferimento di calore attraverso il refrigerante mobile all'interno. Proprio come con le heatpipe. Sono in rame per spostare il calore dentro e fuori. Dal punto di vista longitudinale, il calore viene spostato dal vapore - ecco perché una volta forato, la heatpipe diventa inutile.

E hai usato anche un blocco CPU in rame?

Molti di loro sono già in rame. Se questo non è ovvio, è perché sono nichelati.

Se si desidera un drastico miglioramento delle prestazioni del WC, spostare il radiatore in un luogo freddo, come fuori dalla finestra. Lo stress di 16 ° C è facilmente realizzabile in inverno:) Mantenere il radiatore nello stesso flusso d'aria degli altri componenti annulla il più grande vantaggio del WC: spostare il calore molto, molto lontano.

Questo genere di cose potrebbe essere abbastanza a rischio e sembrare un grosso problema di sicurezza per qualcuno che lo prova a casa. Quindi, sul serio, questa risposta è ipotetica - non provare nulla di tutto questo a casa, ecc.

La risposta di @ uDev è corretta e tu ti occuperesti principalmente di due cose:

1. conducibilità termica : la velocità con cui l'energia termica (calore) si muove attraverso la sostanza.

2. capacità termica : quanta energia termica (calore) può trattenere una sostanza (in questo caso, prima che sia troppo calda per assorbire più).

L'acqua è spesso un ottimo refrigerante perché ha una capacità termica piuttosto elevata. Cioè, ci vuole una quantità relativamente grande di calore per scaldarlo.

Detto questo, penso che alcune delle altre risposte abbiano sopravvalutato l'importanza della capacità termica in questo caso. Il problema è che non stiamo semplicemente riscaldando una determinata quantità di liquido di raffreddamento; invece, il liquido di raffreddamento scorre costantemente, in modo tale che siamo sostanzialmente interessati

• [capacità termica] * [portata].

Pertanto, se viene selezionato un refrigerante con una capacità termica inferiore, la differenza può essere compensata aumentando la portata del refrigerante, fino a un certo limite ragionevole, ad esempio quando il calore da attrito del flusso del fluido diventa problematico o la pressione del flusso provoca danno.

Quindi, sì , in linea di principio la maggiore conduttività termica di un metallo liquido potrebbe essere utile in alcuni progetti.

Una limitazione pratica è che il circuito di raffreddamento fornisce solo una fonte di resistenza termica nel meccanismo di raffreddamento. Quindi, anche se fosse ottimizzato per avere una resistenza termica efficace molto bassa, la resistenza termica complessiva del sistema potrebbe continuare a essere sostenuta dalla resistenza termica della CPU e dallo scambiatore di calore.