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超能课堂(262):热管散热器的性能会随时间衰减吗?

发布来源:昆山驰尔特机电有限公司  发布日期: 2022-11-17  访问量:74

基于水冷的散热系统在**性能上已经超过了风冷,但在使用寿命上却相反。如果是分体式水冷,需要定期添加水冷液(蒸发减少),更换水冷液(长期使用化学反应变质或沉积杂质)或更换老化密封圈;虽然成品式一体式水冷简单多了,但并不是一劳永逸的。看似完全密封的水路系统每年仍会挥发少量,导致性能下降。同时,水路中也有液体和金属材料的氧化反应,导致性能下降。因此,各品牌的综合水冷也有明确的保修期。如果出现故障,通常会超过保修期。

因此,对于许多高端玩家来说,传统的风冷似乎仍然是一个可靠性高、成本效益高、维护频率低的解决方案。毕竟,原理越简单,产品故障率就越低。热管的基本导热原理似乎不需要关心它的使用寿命,就像一个玻璃可以使用一辈子而不打破一样。我们通常对风冷的维护,也只是清除灰尘,更换硅脂,这是真的吗?

回顾热管导热原理

热管是利用相变过程中吸收/释放热量的性质进行冷却的技术。以下是运行中热管的动画,热量从左侧进入热管(Evaporator,蒸发段),再次释放右侧的热量(Condenser,冷凝段),红色是蒸发后的蒸汽流,蓝色是冷凝后通过毛细管结构回流的液体。

热管工作流程示意图heatpipe.nl)

所有能通过微小温差传递大量热量的热管之所以有效,是因为工作中使用了三种物理基本原理:

① 液体沸点在真空状态下降低;

② 同一物体的汽化潜热比显热高得多(即相态变化会吸收或释放更多热量);

③ 多孔毛细结构的抽吸能促进液体流动,形成循环。

热管的基本结构

可以看出,即使是如此简单的原理也是由各种材料结构组成的,热管中的少量液体已经成为整个导热过程的关键环节。由于水冷会因液体和金属的化学反应而降低能效,因此不会更换热管?

探讨热管性能衰减原理

带着这样的疑问,在查阅了热管相关的学术资料后,我们发现热管并不像预期的那样一劳永逸。

资料来源:化工出版社热管技术及其工程应用 庄骏/张红 着

① 产生不凝气体:由于工作液体与管壳材料的化学反应或电化学反应,产生不凝气体。热管工作时,气体被蒸汽流吹到冷凝段,形成气塞,降低有效冷凝面积,增加热阻,恶化传热性能。较典型的不相容的例子是碳钢水热管。由于碳钢中的铁与水发生以下化学反应,不凝氢会恶化热管性能,降低甚至失效。

② 工作液体物理性能恶化:有机工作介质在一定温度下会逐渐分解,主要是由于有机工作液体性质不稳定或与壳体材料发生化学反应,工作介质会改变其埋藏性能,如甲苯、烷、泾等。

③ 管壳材料的腐蚀和溶解:工作液体在管壳内连续流动,存在温差、杂质等因素,导致管壳材料的溶解和腐蚀,增加流阻,降低热管的传热性能。当管壳腐蚀时,导致强度下降,甚至导致管壳腐蚀穿孔,使热管完全失效。这种现象经常发生在碱金属高温热管中。

工作详细说明了影响热管性能寿命的原因,原则上,我们通常使用的风冷热管的性能会随着时间的推移而逐渐衰减。以上数据主要针对工业热管,经过20年的演变,热管工艺本身也可能发生变化。因此,我们将进行实际,以验证热管性能衰减PC散热器的实际影响有多大。

2014年/2021年猫头鹰D散热器对比性能简测

我们准备了两个相同型号的散热器来比较性能:一个是猫头鹰,已经使用了6年D15(后文称2014年D15),偶尔作为评估的参考,在机器上运行负载;另一个是从JD.COM购买的猫头鹰D15(后文称2021年D15)。虽然生产时间隔约为六年,但我们只能假设两者使用的热管原始性能相同,否则无法进行(产品涉及时间跨度大,难以创造**严格、准确的条件)。从外观和官方数据来看,D这六年没有进行设计优化改造。

使用了方法Intel酷睿i9-10900K跑硬件裸平台AIDA FPU两个散热器分别记录满载压力和200W功耗档和250W功耗档位,CPU表面和核心温度的差异。19年期间室温稳定.1℃。同时,为了避免可能的风扇差异对性能数据的影响,新旧两款进行了D2021年使用15个散热器D散热器内的新风扇设置为全速运行。

在CPU功耗为200W2014年力下,2014年D15对比2021年D无论是15的结果,CPU表面温度或内核平均温度均为1℃左右。

250功耗更高W在档位压力下,随着负载程度的提高,2014年D15对比2021年D15的性能差异被放大,无论是CPU表面温度或内核平均温度均高于3.5℃左右。随着时间的推移,热管的导热性似乎确实有所下降。

结论:热管散热器的性能热管散热器的性能会略有下降

正如我之前所说,如果我们两个散热器热管的原始性能相同,那么两只猫头鹰已经分开很多年了D15在250中确实表现出热管的性能衰减W负载下,CPU温度上升约3度,中等负荷(2000)W CPU功耗,这也是高端风冷的主战场),CPU当然,猫头鹰的温度会上升1-2度。D15质量控制是众所周知的,对于一般质量控制的热管散热器,这种衰减可能会更加突出。

虽然我们只验证了一个散热器,但结合之前的理论分析,我们可以得出一个简单的结论,热管散热器的性能会随着时间的推移而衰减,这主要取决于热管的质量,无论散热器是在使用还是吃灰,衰减都在进行中。像猫头鹰D15.经过六七年的时间,这种散热器的性能下降是完全可以接受的,所以不用太担心。如果条件允许,三四年更新散热器会更有保障。

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