天那,怪不得PCI技术含量那么高！

samhrc

原帖由 bessel 于 2008-4-15 20:07 发表
几十度的变化不会显著的改变密度/尺寸，你相信那么点热引起的非线性么？你还是仔细说说你的非线性哪里来的，数量级有多少。

那个还真是个不太恰当比方， 不过就是用一个浅显的例子说明罢了。传热这个过程简化为第一类边界条件的一维热传导过程：
就好比墨水不停的滴进一桶水的中心，在横截面任一一层面上墨水的浓度都是中心高四周低的一种分布。当我在这个截面上去通过圆心的一条半径，在这条线上越靠近圆心墨水的浓度越高越。这个例子似乎也不是太好。等我明天给你找书去吧。:blink:

bessel

这个比方更不靠谱，最开始讨论这个话题是从热阻vs长度和面积开始的，
合理的模型是个圆柱，两头温度确定，圆柱周围和外界没有热交换，
圆柱两头有温差，驱动热量流动。
你说的这个例子分明是个点热源。

如果只说长度，那么抽象成个一维方程更合理一些，而且大家一直说的是
一维定态热传导，俺确实没念过传热学，不过google到一些说法，傅里叶定律：

 q = - lambda frac{dT}{dx}

看起来这东西和电流/电阻一样的干活。

原帖由 samhrc 于 2008-4-15 21:04 发表

那个还真是个不太恰当比方， 不过就是用一个浅显的例子说明罢了。传热这个过程简化为第一类边界条件的一维热传导过程：
就好比墨水不停的滴进一桶水的中心，在横截面任一一层面上墨水的浓度都是中心高四周低的一种分布。当我在这个截面上去通过圆心的一条半径，在这条线上越靠近圆心墨水的浓度越高越。这个例子似乎也不是太好。等我明天给你找书去吧

fgb1982

有结论了没?谁总结下?

lobbiest

仔细看了一下，觉得治病救人和itany和seanyu的说法其实没有什么差别，只是可能大家对对方表述的理解有点偏差而造成的误会。
1.我印象里面导热能力是这样的：银>铜>铝，而热容(单位是J/(kg*℃)是铝>铜。又：铜的密度较铝高，所以对同体积的金属块来说，升高同样的温度铜可以吸收更多的热量。
2.一维稳态传热的公式是 热量＝温差/热阻,而 热阻=传热距离/(导热系数*截面积).其中的导热系数对应的是1中提到的导热能力.于是,对于给定尺寸的金属块来说,导热量=温差*导热系数*截面积/传热距离.记为公式A.
3.cpu散热的过程如98楼itany所说,可以分为4个阶段.对于各位讨论的散热器来说,不考虑前两个,只考虑底座到散热鳍片和散热鳍片到空气两个阶段.
4.出于方便讨论,这里先讨论从散热片到空气阶段.这个阶段属于对流传热,公式同样是热量＝温差/热阻
    这个热阻是从空气界面到铝内表面的热阻(记为K),由3个方面组成,第一是空气侧的等效热阻kair,这个是空气流量越大热阻越低.第二是界面热阻,就是空气相到金属相间的热阻,记为ki,第三是金属内部的热阻,记为kal.由于相间热阻所考虑的是假定出来的薄层,所以不考虑厚度的影响.kair只与空气流速有关(不考虑空气压缩),ki和kal只与物性有关.相间总热阻
     K∝A/(1/kair+1/kal+1/ki).
所以空气流速越快,总热阻越小,散热能力越好.鳍片表面积越大,散热能力也越好.
    那散出来的热量哪里去了呢?用来加热空气了.空气得到的热量=导热量=cpu发热量.空气流速越快,相当于单位时间流过的空气越多,这个热量平摊到更多的空气中去了,吹出风的温度也越低.至于楼上有位提出的,散热器表面应该越热越好,咋看上去是提高了散热片到空气的温差,但是其实是错误的,下面再说.
顺便说一句,自然界确实没有纯铝,但是散热器并不是自然界的东西...而是人工加工出来的,所以它完全可以是纯铝的(或者说铝含量非常高).铝散热器用一段时间后表面会没有光泽,是因为铝形成了一层氧化物(铝很活泼,易氧化,所以自然界没有纯铝.因为它们被氧化了上亿年了...).而这一层氧化物的导热能力远低于铝,也就是说ki增加了.所以打磨散热底座也有降低热阻的作用.
5.现在讨论从散热器底座到散热片表面.这个就是纯粹的热传导了,公式就是上面的公式A.如果cpu发热是恒定的,那么经过一段时间后,热量传递会形成稳态的过程,也就是说cpu表面温度和散热片表面温度都是恒定的.我们当作一维稳态热传递过程讨论.
    公式A:导热量=温差*导热系数*传热面积/传热距离
对于同一个散热器来说,尺寸和材料是一定的,所以导热系数,传热面积,传热距离都是恒定的.于是,导热量取决于cpu表面和散热片的温差.假设有个cpu发热60W,需要温差10度才能将热量散发出去(如果温差不到10度,那么散热能力达不到60W,比方说只有40W散出去了,那么剩下的20W就累积在cpu内部,用来加热,直到温差达到10度,或者说发热和散热达到平衡).那么散热器外面越热说明什么?说明cpu也会跟着热上去.再参考4的结论,可以知道,散热器片温度越高其实越不好.因为它散的只是cpu发出的热量,温差越大说明散同样的热量需要更多的推动力.它热的话cpu的温度也会水涨船高.
    对于不同材质的散热器来说,为了方便讨论,假设形状相同,那么只受导热系数的影响.导热系数越高,则热阻越小,那么cpu到散热片之间的温差同样会越小.如果再配合外部空气流动,就可以将cpu温度控制在比较低的水平.
    所以说一个好的散热器,从cpu到散热器的导热能力和散热器到空气的散热能力缺一不可.热管是强化导热能力,又大又密的鳍片是强化散热能力.水冷也是属于强化导热能力,把散热器内部的热量传递从热传导变成对流传热,最后同样通过大鳍片散到空气中.
6.关于铜和铝的热容问题,其实是这样的.换成铜之后,体积热容变大了(参看1),可以强化瞬间吸热能力,其实是属于从cpu到散热器那个层面的.因为cpu瞬间发出高热量,cpu内部温度会升高.热容大的物质吸收这个热量之后温度上升比较缓慢,也就是说增大了cpu和散热器底座间的温差,强化了传热能力.

不知道这样说清楚了没有.

itany

原帖由 samhrc 于 2008-4-15 21:04 发表


那个还真是个不太恰当比方， 不过就是用一个浅显的例子说明罢了。传热这个过程简化为第一类边界条件的一维热传导过程：
就好比墨水不停的滴进一桶水的中心，在横截面任一一层面上墨水的浓度都是中心高四周低的一 ...

这个分明就是二维的物质扩散问题啊

itany

原帖由 lobbiest 于 2008-4-16 00:32 发表
仔细看了一下，觉得治病救人和itany和seanyu的说法其实没有什么差别，只是可能大家对对方表述的理解有点偏差而造成的误会。
1.我印象里面导热能力是这样的：银>铜>铝，而热容(单位是J/(kg*℃)是铝>铜。又：铜的密度 ...

谢谢您的总结，基本同意您的观点。（实际上模拟散热片的工作肯定人是说不清的，形状太复杂了，要用CFD，甚至建模还要简化，但是我们普通消费者知道这些就足够了，甚至知道结论就好了，不是么？）
只是想对第6补充说明一下：
在稳态的时候，也就是处理器功率保持恒定的时候，系统内（包括CPU、散热器、流过散热器的空气）温度是不变的。尽管单位体积铜的热容比较大，但是在温度不变的情况下流入和流出的热量是相等的，其热容对散热没有帮助。当处理器功耗突然增加的时候，铜温度上升，可以吸收一部分热量；在温度下降的时候，放出一部分热量，换言之，起到的是“错峰填谷”的作用，和水库在河流上的作用一样。这样一方面保证CPU温度不会突然上升，另一方面保证鳍片到空气的热流也不会突然上升，(为了散更多的热风扇只能加速），这样就给变速风扇一个响应的时间，也使得风扇的转速比较均匀。

itany

原帖由 gdclub 于 2008-4-16 01:29 发表


电梯似乎就是NCQ的:w00t):
从1F到10F 10F的客人先按了但是电梯到2F的时候3F有个客人加入队列，那样电梯必然是先搭载3F这哥们
要是没有NCQ的话3F这哥们会被先晾在一边等电梯从10楼载到客人送掉后才来鸟他
那才 ...

基本原理应该是相同的，不过显然CNQ要“更聪明”一些

iguana

关注                            。

bwdinlife

当年不知道怎么过的热力学基础的人飘过。。。。。。:p

samhrc

原帖由 bessel 于 2008-4-15 21:37 发表
这个比方更不靠谱，最开始讨论这个话题是从热阻vs长度和面积开始的，
合理的模型是个圆柱，两头温度确定，圆柱周围和外界没有热交换，
圆柱两头有温差，驱动热量流动。
你说的这个例子分明是个点热源。

如果只 ...

傅立叶定律确定的是热流密度矢量和温度梯度中间的关系，但是这是无法确定热流密度矢量大小的。

我说那个例子是用微分的方法考虑其中一个小单元体的情况，逻辑上说并没有错误，实际计算用的导热方程也是微分，就是按照最小单位单元体考虑的。

看这段，  来自超星图书馆的资料
机械工业出版社的 《传热学》第四版

samhrc

凑合看吧，真见鬼， 不能随便提取页面。

[ 本帖最后由 samhrc 于 2008-4-16 08:58 编辑 ]

samhrc

原帖由 itany 于 2008-4-16 01:16 发表


这个分明就是二维的物质扩散问题啊

对， 热传导其实就是一种扩散。所以存在热流矢量和功率密度的概念。

[ 本帖最后由 samhrc 于 2008-4-16 09:26 编辑 ]

fgb1982

还没结论?????:ermm:

fysy

高手如林，看不懂！笨人只知道两种物质导热尽可能大的接触面积大就好了。芯片和散热器，散热器和空气。其它的问题不用我们用家去考虑了。

itany

原帖由 samhrc 于 2008-4-16 08:44 发表


傅立叶定律确定的是热流密度矢量和温度梯度中间的关系，但是这是无法确定热流密度矢量大小的。

我说那个例子是用微分的方法考虑其中一个小单元体的情况，逻辑上说并没有错误，实际计算用的导热方程也是微分， ...

对于CPU散热的情况，实际上热流密度是已知的，如果按照一维稳态来考虑，并且忽略主板方向的散热，那么热流密度就是CPU功率除以截面积

samhrc

原帖由 itany 于 2008-4-16 11:44 发表


对于CPU散热的情况，实际上热流密度是已知的，如果按照一维稳态来考虑，并且忽略主板方向的散热，那么热流密度就是CPU功率除以截面积

那你只能这样考虑一个微小的单元体数据才是正确的，而整体的传热系统不能忽略其他条件不然误差非常大。

找一个例子代进数字计算一下，两者误差不小呢。
我试着算了一下：
直径100、高100的钢制圆柱体，吸热端温度已知（设定为一个100度的面热源）与环境温度（设定为25度）。按照简化的第一类边界条件传热估算另一端的温度是 81度左右。（ansys 算的。你要是算的话， 明显可以看出圆柱体内部温度场的不均匀分布。）
而根据传热系数直接算稳态后温度是89度。

               两者有接近10%的误差。

[ 本帖最后由 samhrc 于 2008-4-16 13:01 编辑 ]