Refroidissement liquide d'un PC sur métal liquide? [fermé]

Que se passerait-il si vous mettiez une grande quantité de métal liquide dans une boucle de refroidissement personnalisée au lieu d'eau / de liquide de refroidissement? À quels défis feriez-vous face? Y aurait-il même un avantage à faire cela?

BONUS: Et si vous utilisiez des tubes en cuivre au lieu de tubes en plastique / verre standard et que vous pompiez du métal liquide à travers les tubes en cuivre? Et aussi utilisé un bloc CPU en cuivre?

Tout dans la réponse de Keltari est juste, je veux juste le développer avec quelques autres informations importantes:

Lorsque vous souhaitez "transférer" de la chaleur, vous devez faire face à 2 valeurs principales: la conductivité thermique et la capacité thermique. La première est de savoir comment obtenir / donner facilement de la chaleur de / à d'autres matériaux, comme obtenir la chaleur d'une surface chaude et donner la chaleur à une surface froide. La seconde est la quantité d'énergie qu'il peut stocker.

La conductivité thermique des métaux liquides est très faible par rapport aux solides. L'aluminium pur et solide a une conductivité thermique d'environ 200 W / (m K), le cuivre pur est d'environ 390 W / (m K). Le mercure, d'autre part, a une valeur d'environ 8,5 W / (m K) et la valeur pour l'eau est d'environ 0,6 W / (m K). Les métaux liquides sont donc meilleurs que l'eau pour le transfert de chaleur, mais bien pire que les métaux solides.

La capacité thermique est une autre partie. Un changement de température de 1 K (c'est-à-dire un changement de 1 ° C ou 2 ° F) pour l'eau liquide nécessite 4,187 kJ / kg, tandis que le même changement pour le mercure est de 0,125 kJ / kg, ce qui signifie que la même chaleur de la surface du CPU subit 32 fois changement de température plus important dans le mercure!

Si nous pensons simplement, une conductivité 14 fois meilleure et une capacité calorifique 32 fois pire est une somme environ 50% pire liée au refroidissement par eau, sans tenir compte d'autres facteurs dangereux, comme la toxicité ou les facteurs de court-circuit. (Ce calcul n'est pas correct, car il existe de nombreux autres paramètres dont ces valeurs dépendent, comme la température actuelle, la pression, et il y a une dissipation latérale lors du transfert, etc.)

Bien qu’en apparence, cela puisse sembler être une bonne idée, en réalité, c’est un très mauvaise idée.

Il existe deux métaux (non compris les alliages) qui sont liquides à température ambiante: le mercure et le gallium.

Tout d'abord, le mercure est extrêmement toxique et ne doit être manipulé que par des experts.

Le gallium corrodera l'aluminium et l'acier , ce qui est ce que le liquide de refroidissement traverse pour traverser la chaleur. Il finira par détruire les joints et les dissipateurs de chaleur, ce qui entraînera le problème suivant.

Le mercure et le gallium sont tous deux des conducteurs électriques. Si l'un des deux liquides devait fuir sur l'électronique, cela pourrait provoquer des courts-circuits et même endommager l'électronique. Et encore une fois, le mercure est extrêmement toxique. Cela seul est une raison pour ne pas les utiliser.

Le mercure et le gallium ont un taux élevé d'expansion volumétrique due à la chaleur. Sous une chaleur élevée, ils peuvent se dilater considérablement et la pression détruirait les lignes de refroidissement.

Le gallium lui-même n'est pas un liquide à température ambiante. Il a un point de fusion de 85,58 ° F (29,76 ° C), ce qui signifie que le PC a été éteint et qu'il a complètement refroidi, le gallium se solidifierait. Bien sûr, cela pourrait causer des problèmes, car le liquide ne pourrait pas s'écouler.

Modification dans quelques réflexions supplémentaires:

Le mercure est très, très lourd. Un litre de mercure pèse un cheveu de moins de 30 livres (13,5 kilogrammes). Un litre de gallium pèse 13,02 livres (6 kilogrammes). Il faudrait une pompe massive pour déplacer ce liquide. Le poids à lui seul pourrait faire fléchir ou casser les PCB.

Des refroidisseurs de CPU en métal liquide existent déjà:

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

Celui-ci utilise NaK: un alliage eutectique de sodium et de potassium, qui est terriblement réactif avec l'air, l'eau et à peu près n'importe quoi:

https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium-potassium_alloy

Le même alliage est utilisé pour le refroidissement dans l'industrie nucléaire.

Y aurait-il même un avantage à faire cela?

Non. La boucle WC n'est pas votre boucle de chauffage central qui fonctionne sur le gradient de température. Dans une boucle de WC typique et correctement dimensionnée, le liquide de refroidissement circule assez rapidement pour que tous les éléments (blocs et radiateur) soient à presque la même température. Cela signifie qu'un meilleur liquide de refroidissement ne changerait pas beaucoup, et la boucle entière est limitée par les performances du radiateur. Même si c'est le cas, comme l'a dit Nat, le transfert de chaleur par le liquide de refroidissement est [capacité calorifique] * [débit]. Il est donc difficile de surestimer à quel point il est plus facile de remplacer la pompe par quelque chose de la série Laing E (et de changer la tubulure en une plus grande pour garder le frottement bas) plutôt que de tout concevoir à partir de zéro pour un liquide de refroidissement en métal liquide.

Même dans l'industrie nucléaire, le métal liquide est utilisé non seulement parce qu'il a plus de capacité calorifique que l'eau, mais parce que l'eau a des propriétés modératrices de neutrons, ce qui la rend totalement interdite pour les réacteurs à neutrons rapides (comme celui à bord de l'USS Seawolf).

BONUS: Et si vous utilisiez des tubes en cuivre au lieu de tubes en plastique / verre standard et que vous pompiez du métal liquide à travers les tubes en cuivre?

Rien. La vitesse de transfert de chaleur le long d'un tuyau en cuivre est insignifiante par rapport à la vitesse de transfert de chaleur via le liquide de refroidissement mobile à l'intérieur. Tout comme avec les caloducs. Ils sont en cuivre pour faire entrer et sortir la chaleur. Dans le sens longitudinal, la chaleur est déplacée par la vapeur - c'est pourquoi une fois perforé, le caloduc devient inutile.

Et aussi utilisé un bloc CPU en cuivre?

La plupart d'entre eux sont déjà en cuivre. Si ce n'est pas évident, c'est parce qu'ils sont nickelés.

Si vous souhaitez une amélioration drastique des performances des WC, déplacez le radiateur dans un endroit froid, comme par la fenêtre. Une contrainte de 16 ° C est facilement réalisable en hiver:) Garder le radiateur dans le même flux d'air que les autres composants annule le plus grand avantage des WC: déplacer la chaleur loin, très loin.

Ce genre de chose pourrait être assez sujet aux dangers et semble être un problème de sécurité majeur pour quelqu'un qui l'essaye à la maison. Donc, sérieusement, cette réponse est hypothétique - n'essayez rien de tout cela à la maison, etc.

La réponse de @ uDev est correcte: vous seriez principalement préoccupé par deux choses:

1. conductivité thermique : vitesse à laquelle l'énergie thermique (chaleur) se déplace à travers la substance.

2. capacité thermique : la quantité d'énergie thermique (chaleur) qu'une substance peut contenir (dans ce cas, avant qu'elle ne soit trop chaude pour être absorbée).

L'eau est souvent un excellent liquide de refroidissement car elle a une capacité thermique assez élevée. Autrement dit, il faut une quantité de chaleur relativement importante pour le réchauffer.

Cela dit, je pense que certaines des autres réponses ont surestimé l'importance de la capacité thermique dans ce cas. Le problème est que nous ne chauffons pas seulement une quantité définie de liquide de refroidissement; au lieu de cela, le liquide de refroidissement coule constamment, de sorte que nous sommes essentiellement préoccupés par

• [capacité calorifique] * [débit].

Donc, si un liquide de refroidissement avec une capacité calorifique inférieure est sélectionné, la différence peut être compensée en augmentant le débit de liquide de refroidissement, jusqu'à une certaine limite raisonnable, par exemple lorsque la chaleur de friction du flux de fluide devient problématique ou que la pression du flux provoque des dommage.

Donc, oui , en principe, la conductivité thermique plus élevée d'un métal liquide peut être utile dans certaines conceptions.

Une limitation pratique est que la boucle de refroidissement ne fournit qu'une seule source de résistance thermique dans le mécanisme de refroidissement. Ainsi, même s'il était optimisé pour avoir une très faible résistance thermique effective, la résistance thermique globale du système pourrait continuer d'être soutenue par la résistance thermique du CPU et de l'échangeur de chaleur sur celui-ci.