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1、影響散熱性能的各種因素晨怡熱管2007-11-2922:46:39三、影響散熱性能的各種因素 在當(dāng)前的所有芯片中，以CPU的功耗、發(fā)熱量最高，因此CPU散熱器的發(fā)展最為強(qiáng)勁與引人注目，誕生了極其多樣化的產(chǎn)品，代表了計(jì)算機(jī)散熱技術(shù)的最高發(fā)展水平。只要對(duì)CPU散熱技術(shù)有了全面了解，其它產(chǎn)品的散熱原理也就無(wú)師自通了。因此，本專題重點(diǎn)就討論CPU散熱技術(shù)。在介紹各種散熱技術(shù)之前，我們還要先確認(rèn)幾個(gè)散熱的基本概念。熱力學(xué)基本知識(shí) 我們先從物理的角度來(lái)探討一下散熱的原理，因?yàn)橹懒嗽聿拍軓母旧险页鼋鉀Q問(wèn)題的方法。雖然這部分有些枯燥難懂，但只要您能耐心看完，
2、相信很多問(wèn)題就可迎刃而解，對(duì)今后徹底了解散熱器有很大的用處?！ ∥锢韺W(xué)認(rèn)為，熱主要通過(guò)三種途徑來(lái)傳遞，它們分別是熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射。為了保證良好的散熱器性能，就要已符合上述三種途徑的要求來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，于是在材料的熱傳導(dǎo)率、比熱值；散熱器整體的熱阻、風(fēng)阻；風(fēng)扇的風(fēng)量、風(fēng)壓等等方面都提出了要求。以下針對(duì)這些概念進(jìn)行集中講解。熱傳導(dǎo) 定義：通過(guò)物體的直接接觸，熱從溫度高的部位傳到溫度低的部位。熱能的傳遞速度和能力取決于： 1.物質(zhì)的性質(zhì)。有的物質(zhì)導(dǎo)熱性能差，如棉絮，有的物質(zhì)導(dǎo)熱性能強(qiáng)，如鋼鐵。這樣就有了采用不同材質(zhì)的散熱器，鋁、銅、銀。它們的散熱性能依
3、次遞增，價(jià)錢(qián)當(dāng)然也就成正比啦?！ ?.物體之間的溫度差。熱是從溫度高的部位傳向溫度低的部位，溫差越大熱的傳導(dǎo)越快?！ 醾鲗?dǎo)是散熱的最主要方式，也是散熱技術(shù)需要解決的核心問(wèn)題之一。所以我們通常都能看到，幾乎所有散熱在與CPU相接觸的部分都采用熱傳導(dǎo)性能良好的材料。比如Intel原包CPU中附帶的散熱器，采用銅芯與CPU接觸，就是為了將熱量盡快傳導(dǎo)出來(lái)。熱對(duì)流 熱通過(guò)流動(dòng)介質(zhì)（氣體或液體）將熱量由空間中的一處傳到另一處，即由受熱物質(zhì)微粒的流動(dòng)來(lái)傳播熱能的現(xiàn)象。根據(jù)流動(dòng)介質(zhì)的不同，可分為氣體對(duì)流和液體對(duì)流。影響熱對(duì)流的因素主要有： 1.通風(fēng)孔洞面積和
4、高度2.溫度差：原因還是因?yàn)闊崾怯筛叩降头较騻鲗?dǎo)。3.通風(fēng)孔洞所處位置的高度：越高對(duì)流越快。4.液體對(duì)流：導(dǎo)熱效果比較好，因?yàn)橐后w比熱要大些，所以溫差大，導(dǎo)熱快?！ ≈栽贑PU散熱器安裝的風(fēng)扇，也就是為了產(chǎn)生強(qiáng)制熱對(duì)流而加強(qiáng)散熱性能。理論上說(shuō)，只要散熱器表面積足夠大，是無(wú)需強(qiáng)制熱對(duì)流的，但實(shí)際應(yīng)用中，散熱器不可能做的無(wú)限大，所以采用風(fēng)扇的主動(dòng)散熱器是最常見(jiàn)的，并且可以根據(jù)散熱的需求而采用不同轉(zhuǎn)速和大小規(guī)格的風(fēng)扇。少數(shù)散熱器也能采用被動(dòng)散熱的方式，比如下圖中的產(chǎn)品，但請(qǐng)注意散熱器已經(jīng)覆蓋了大半個(gè)主板。熱輻射 是一種可以在沒(méi)有任何介質(zhì)(空氣)的情況下
5、，不依靠分子之間的碰撞，又不依靠氣體或者液體的流動(dòng)就能夠達(dá)成熱交換的傳遞方式。影響熱輻射的因素主要有：1、熱源的材料。材料的比熱越小相外輻射能量越快，反之就越慢。2、表面的顏色。一般來(lái)說(shuō)，顏色光亮的（如白色或銀色）物體表面吸收和釋放輻射能量的速率較慢。深顏色（黑色）的物體表面吸收和釋放輻射能量的速率較快，有趣的是物體釋放電磁波的能量越高，其吸收能力也高，反之亦然?！ ‘?dāng)然，在普通應(yīng)用環(huán)境中，比起熱傳導(dǎo)與熱對(duì)流，熱輻射起到的散熱作用微乎其微，因此用戶在此方面不必太在意?！ ±碚撌强斩礋o(wú)味的，下面用一個(gè)簡(jiǎn)單的圖示來(lái)為大家做下講解： 上圖顯示了三種熱傳遞方
6、式在散熱器中的應(yīng)用形式。屬于熱傳導(dǎo)的是：由熱源CPU傳至散熱片以及在散熱片內(nèi)部傳遞。屬于對(duì)流的是：熱由散熱片傳遞到周?chē)目臻g，再由風(fēng)扇和散熱片組合形成的對(duì)流對(duì)其散熱。熱傳導(dǎo)與熱對(duì)流是主要散熱方式，CPU產(chǎn)生的大部分熱量在傳遞到散熱片上后，都被風(fēng)扇形成的對(duì)流所帶走，熱輻射產(chǎn)生的作用可以忽略不計(jì)?！ ∫陨先齻€(gè)概念是熱力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。具體到材料上的特點(diǎn)，就需要引入熱傳到系數(shù)與比熱值兩個(gè)概念。材料的導(dǎo)熱性能熱傳導(dǎo)系數(shù) 由于熱傳導(dǎo)是散熱器有效運(yùn)作的兩大方式之一，因此，散熱片材料的熱傳遞速度就是其中最關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，理論上稱作熱傳導(dǎo)系數(shù)?！ 《x：每單位長(zhǎng)度、每
7、度K，可以傳送多少瓦數(shù)的能量，單位為W/mK。即截面積為1平方米的柱體沿軸向1米距離的溫差為1開(kāi)爾文（1K＝1℃）時(shí)的熱傳導(dǎo)功率。數(shù)值越大，表明該材料的熱傳遞速度越快?！ ∮缮媳碇锌梢缘弥?，銀、銅的熱傳導(dǎo)系數(shù)最好。但是很顯然，這兩種材料的成本較高，不利于大規(guī)模量產(chǎn)。因此在目前的市場(chǎng)中，我們見(jiàn)到的最常用散熱器材料就是鋁合金，而今后也肯定以該種金屬為主。比熱容 熱傳遞的速度很重要，但是吸收熱量能力低也不利于散熱，這里又引入了比熱容的概念?！ 《x：?jiǎn)挝毁|(zhì)量下需要輸入多少能量才能使溫度上升一攝氏度，單位為卡/（千克×°C），數(shù)值越大代表物體容納熱量的能力越
8、大。 根據(jù)上表得知，水比熱容最高，比金屬有更強(qiáng)的熱容能力，這也是水冷散熱器賴以生存的根本。值
