Flüssigkeitskühlung eines PCs auf flüssigem Metall? [geschlossen]

Was würde passieren, wenn Sie eine große Menge flüssigen Metalls anstelle von Wasser / Kühlmittel in einen benutzerdefinierten Kühlkreislauf geben? Welchen Herausforderungen würden Sie sich stellen? Wäre das überhaupt von Vorteil?

BONUS: Was wäre, wenn Sie Kupferrohre anstelle von Standard-Kunststoff- / Glasrohren verwenden und flüssiges Metall durch die Kupferrohre pumpen würden? Und auch einen Kupfer-CPU-Block verwendet?

Alles in Keltaris Antwort ist richtig, ich möchte es nur um einige andere wichtige Informationen erweitern:

Wenn Sie Wärme "übertragen" möchten, müssen Sie sich mit zwei Hauptwerten befassen: Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität. Erstens, wie einfach es ist, Wärme von / zu einem anderen Material zu bekommen / zu geben, wie Wärme von einer heißen Oberfläche zu bekommen und Wärme an eine kalte Oberfläche zu geben. Die zweite ist, wie viel Energie es speichern kann.

Die Wärmeleitfähigkeit flüssiger Metalle ist im Vergleich zu festen Metallen sehr niedrig. Reines, festes Aluminium hat eine Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 200 W / (m K), reines Kupfer ist ungefähr 390 W / (m K). Quecksilber hat andererseits einen Wert von ungefähr 8,5 W / (m K) und der Wert für Wasser beträgt ungefähr 0,6 W / (m K). Flüssige Metalle sind also für die Wärmeübertragung besser als Wasser, aber viel schlechter als feste Metalle.

Die Wärmekapazität ist ein weiterer Teil. Eine Temperaturänderung von 1 K (dh eine Änderung von 1 ° C oder 2 ° F) für flüssiges Wasser erfordert 4,187 kJ / kg, während dieselbe Änderung für Quecksilber 0,125 kJ / kg beträgt. Dies bedeutet, dass dieselbe Wärme von der CPU-Oberfläche 32-mal auftritt größere Temperaturänderung in Quecksilber!

Wenn wir einfach denken, ist die 14-fach bessere Leitfähigkeit und die 32-fach schlechtere Wärmekapazität eine um 50% schlechtere Summe im Zusammenhang mit der Wasserkühlung, wobei andere gefährliche Faktoren wie die Toxizität oder die Kurzschlussfaktoren immer noch nicht berücksichtigt werden. (Diese Berechnung ist nicht korrekt, da es viele andere Parameter gibt, von denen diese Werte abhängen, z. B. die aktuelle Temperatur, der aktuelle Druck und die seitliche Verlustleistung bei der Übertragung usw.)

Während dies an der Oberfläche eine gute Idee zu sein scheint, ist dies in Wirklichkeit eine sehr schlechte Idee.

Es gibt zwei Metalle (ohne Legierungen), die bei Raumtemperatur flüssig sind: Quecksilber und Gallium.

Erstens ist Quecksilber extrem giftig und sollte nur von Experten gehandhabt werden.

Gallium greift Aluminium und Stahl an . Das ist es, worüber das Kühlmittel läuft, um Wärme abzuleiten. Es wird schließlich die Gelenke und Kühlkörper zerstören, was zum nächsten Problem führen wird.

Sowohl Quecksilber als auch Gallium sind elektrische Leiter. Sollte eine der beiden Flüssigkeiten auf die Elektronik gelangen, kann dies zu Kurzschlüssen und sogar zur Beschädigung der Elektronik führen. Und wieder ist Quecksilber extrem giftig. Dies allein ist ein Grund, sie nicht zu verwenden.

Quecksilber und Gallium weisen aufgrund von Wärme eine hohe Volumenexpansionsrate auf. Bei großer Hitze können sie sich stark ausdehnen und der Druck würde die Kühlleitungen zerstören.

Gallium selbst ist nicht eine Flüssigkeit bei Raumtemperatur. Es hat einen Schmelzpunkt von 85,58 ° F (29,76 ° C), was bedeutet, dass der PC ausgeschaltet wurde und es vollständig abkühlte, Gallium würde sich verfestigen. Dies kann natürlich zu Problemen führen, da die Flüssigkeit nicht fließen kann.

Bearbeitung in weiteren Gedanken:

Quecksilber ist sehr, sehr schwer. Ein Liter Quecksilber wiegt ein Haar unter 13,5 Kilogramm. Ein Liter Gallium wiegt 6 kg. Es würde eine massive Pumpe erfordern, um diese Flüssigkeit zu bewegen. Das Gewicht allein kann dazu führen, dass Leiterplatten verbiegen oder brechen.

Flüssigmetall-CPU-Kühler gibt es bereits:

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

Dieser verwendet NaK: eine eutektische Legierung aus Natrium und Kalium, die mit Luft, Wasser und so ziemlich allem furchterregend reagiert:

https://en.wikipedia.org/wiki/Natrium-Kalium-Legierung

Dieselbe Legierung wird für die Kühlung in der Atomkraftindustrie verwendet.

Wäre das überhaupt von Vorteil?

Nein. Der WC-Kreislauf ist nicht Ihr Zentralheizungskreislauf, der mit Temperaturgradienten arbeitet. In einem typischen, richtig bemessenen WC-Kreislauf zirkuliert das Kühlmittel so schnell, dass alle Elemente (Blöcke und Kühler) nahezu die gleiche Temperatur haben. Dies bedeutet, dass sich an dem besseren Kühlmittel nicht viel ändert und der gesamte Kreislauf durch die Kühlerleistung begrenzt ist. Selbst wenn ja, wie Nat sagte, ist die Wärmeübertragung durch das Kühlmittel [Wärmekapazität] * [Durchflussrate]. Es ist daher schwierig zu übertreiben, wie viel einfacher es ist, die Pumpe durch etwas aus der Laing E-Serie zu ersetzen (und die Schläuche durch größere zu ersetzen, um die Reibung gering zu halten), anstatt alles von Grund auf neu für ein flüssiges Metallkühlmittel zu entwickeln.

Selbst in der Nuklearindustrie wird flüssiges Metall nicht nur verwendet, weil es mehr Wärmekapazität als Wasser hat, sondern auch, weil Wasser neutronenmindernde Eigenschaften aufweist, so dass es für schnelle Neutronenreaktoren (wie den an Bord der USS Seawolf) überhaupt nicht geeignet ist.

BONUS: Was wäre, wenn Sie Kupferrohre anstelle von Standard-Kunststoff- / Glasrohren verwenden und flüssiges Metall durch die Kupferrohre pumpen würden?

Nichts. Die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung entlang eines Kupferrohrs ist im Vergleich zur Geschwindigkeit der Wärmeübertragung über das sich bewegende Kühlmittel im Inneren unerheblich. Genau wie bei Heatpipes. Sie sind aus Kupfer, um die Hitze rein und raus zu bringen. In Längsrichtung wird Wärme durch Dampf bewegt - daher wird die Heatpipe unbrauchbar, wenn sie erst einmal durchstochen ist.

Und auch einen Kupfer-CPU-Block verwendet?

Die meisten von ihnen sind bereits Kupfer. Wenn das nicht offensichtlich ist, dann, weil sie vernickelt sind.

Wenn Sie die WC-Leistung drastisch verbessern möchten, stellen Sie den Heizkörper an einen kalten Ort, z. B. außerhalb des Fensters. 16 ° C Belastung ist im Winter leicht zu bewältigen:) Wenn der Kühler im gleichen Luftstrom wie andere Komponenten gehalten wird, wird der größte Vorteil von WC zunichte gemacht: Die Wärme wird weit, weit weg transportiert.

Diese Art von Dingen kann ziemlich gefährlich sein und scheint für jemanden, der sie zu Hause ausprobiert, ein großes Sicherheitsproblem zu sein. Im Ernst, diese Antwort ist hypothetisch - versuchen Sie nichts davon zu Hause, etc ..

@uDevs Antwort ist richtig, dass Sie sich hauptsächlich um zwei Dinge kümmern würden:

1. Wärmeleitfähigkeit : Wie schnell sich Wärme durch den Stoff bewegt.

2. Wärmekapazität : Wie viel Wärmeenergie (Wärme) ein Stoff aufnehmen kann (in diesem Fall, bevor er zu heiß ist, um mehr absorbiert zu werden).

Wasser ist oft ein großartiges Kühlmittel, da es eine ziemlich hohe Wärmekapazität hat. Das heißt, es wird relativ viel Wärme benötigt, um es aufzuwärmen.

Ich denke jedoch, dass einige der anderen Antworten überschätzt haben, wie wichtig die Wärmekapazität in diesem Fall ist. Das Problem ist, dass wir nicht nur eine festgelegte Menge Kühlmittel aufheizen. stattdessen fließt das Kühlmittel ständig, so dass es uns im Grunde geht

• [Wärmekapazität] * [Durchflussrate].

Wenn also ein Kühlmittel mit einer geringeren Wärmekapazität ausgewählt wird, kann die Differenz durch Erhöhen der Kühlmitteldurchflussrate bis zu einer angemessenen Grenze ausgeglichen werden, z. B. wenn die Reibungswärme des Fluidstroms problematisch wird oder der Druck des Durchflusses mechanisch verursacht Beschädigung.

Also, ja , im Prinzip die größere thermische Leitfähigkeit eines flüssigen Metalls könnte in einigen Entwürfen hilfreich sein.

Eine praktische Einschränkung besteht darin, dass der Kühlkreislauf nur eine Quelle für Wärmewiderstand im Kühlmechanismus bereitstellt. Selbst wenn es für einen sehr geringen effektiven Wärmewiderstand optimiert wäre, könnte der Wärmewiderstand des Gesamtsystems weiterhin durch den Wärmewiderstand der CPU und des darauf befindlichen Wärmetauschers gestützt werden.