电脑散热知识讲座

电脑 散热知识讲座 原创作者： 不抬杠     随着电脑的配置提高，电脑的总体功耗也在不断的攀升（当然未来的发展趋势朝向低耗能方向发展，但目前还做不到）。这就对电脑整体的散热提出了更高的要求。
    往往一些人注重电脑零部件的局部散热，如：加大CPU，GPU，芯片组的散热等，而忽视了整体散热问题。
    下面我从理论知识概念和实际应用中来讲解电脑散热问题：
    一、理论知识概念
    根据波义耳(Robert Boyle)定律：在一定温度下气体压力(P)与容积(V)乘积等于常数的原理。理想气体状态方程是描述理想气体处于平衡态时，压力、体积、摩尔数、温度间关系的状态方程。它建立在 波义耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律、阿伏加德罗定律、道尔顿分压定律等经验定律上。
    处于平衡态的气体，其状态由压强P，体积V，和温度T刻划，表达这几个量之间的关系的方程称之为气体的状态方程。不同的气体有不同的状态方程。这些方程通常很复杂。但在压强很小，温度趋于常态的情况下，各种气体的行为都趋于理想气体。理想气体的状态方程具有非常简单的形式。
    数学关系式如下：
    PV = NRT 或 PV = NKT
    式中：
    P表理想气体的压力，单位为大气压力(atm）；
    V表理想气体的体积，单位为升（L）；
    N表理想气体的摩尔数，单位为摩尔（mol.）；
    R为理想气体常数，约为0.082 atm-L/mol-K ；
    K为波尔兹曼常数，K=1.38066 x 10-23 J/K = 8.617385 x 10-5 eV/K ；
    T表理想气体的温度，单位为绝对温度（K）。
    从流体力学原理可知，机箱风扇的流量Q与其转速N的变化成正比：
    Qi = (Ni/No) Qo ；
    风扇的风压P与其转速变化的平方成正比：
    Pi = (Ni/No)2  Po ；
    而风扇的轴功率W等于流量与压力的乘积，故风扇电机的轴功率与其转速的三次方成正比：
    Wi = (Ni/No)3 Wo ；
    根据上述原理可知：改变风扇电机的转速就可改变空气体的流量，也就是说通过改变电脑机箱空气体的对流，也就改变了整体温度。
    二、实际应用的讲解
    以Tt VA8000为例：
    图1 机箱正面图；
    图2 空气体对流图；
    图3 上面板通风示意图；
    图4 内部容积与风扇示意图；
    图5 运行温度测试图；


图1 机箱正面图
 


图2 空气体对流图




图3 上面板通风示意图



图4 内部容积与风扇示意图
 


图5 运行温度测试图
    通过图4我们可以看到，温度感应探头（感温元件）我放在了相对温度较高的机箱上部（热空气上升的物理位置），运行具有高功耗之称的3DMark 03 。图5是运行到03最后的一个带有音效的场面，我们看到机箱内的温度与室温相等。这是由于机箱内部容积大（530×220×560mm），侧板全部盖好后，风扇的排风量F2+F3+F4+F5之和，大于前面板的F1，使箱内形成负压，大量冷空气从机箱的前面板缝隙及机箱的低部进入，形成强烈的空气对流，且噪音并不大，因为主风扇的转速只有1500转。
    为了对 Tt A2259 读卡器的温度测量精度进行验证，我进行了如下检测：
    该硬件产品提供了4组温度感应探头（感温元件）及测量电路，通过按键控制转换，可以方便的测量显示每一组探头所感应的温度。首先我来对温度测量的精确度进行检测。在这次检测中，我使用了测量控制用精密电接点温度计，精密红外测温仪和高精度温度表。经检测，4组探头的温度测量显示的精确度误差均在±0.2度范围内，即：测量精度误差小于1% 。图6


图6 精确度检测图
    这款产品配备的4组温度感应探头，采用的是高精度NTC薄膜型热敏电阻。图7


图7 温度感应探头（感温元件）
    有人可能会问什么是NTC呢？下面我来讲解一下。
    NTC是 Negative Temperature Coefficient 的缩写，意思是负的温度系数，泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件。通常我们提到的NTC是指负温度系数热敏电阻，简称NTC热敏电阻。NTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体器件，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的减小。
    注：为通俗易懂，NTC的材质，制作工艺，温度变化曲线及测温电路的原理与架构，在这里就不讲了。