Моделирование и расчет магнитожидкостных систем охлаждения процессора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ставропольский государственный аграрный университет

Моделирование и расчет магнитожидкостных систем охлаждения процессора

Лежепеков В.А.

Процессор является одним из самых важных элементов компьютера и выполняет важнейшую задачу обработки информации и выполнения программ. Несмотря на годы развития компьютерных технологий, процессор всё так же остается и одним из самых энергозагруженных и быстро нагреваемых элементов. Температура процессора в рабочем состоянии варьируется в пределах 60-80 С0, а при максимальной нагрузке может достигать и 100, 110 С0 и даже выше, в зависимости от нагрузки процессора. Для охлаждения процессора обычно используют специализированные системы охлаждения, технологические основы которых, однако не меняются десятилетиями. Таким образом, задача качественного совершенствования систем охлаждения процессоров в настоящее время крайне актуальна.

Наиболее эффективными являются жидкостные системы охлаждения. В настоящей статье рассматриваются особенности жидкостного охлаждения, а также предлагается оригинальная модель системы охлаждения процессора на основе магнитной жидкости, разрабатываемая авторами.

Структурно жидкостные системы охлаждения представляют собой набор трубок и резервуаров, по которым с помощью помпы движется охладительная жидкость. Как правило стандартная система жидкостного охлаждения ПК состоит из следующих элементов: водоблок процессора, помпа - необходима для прокачки жидкости в контуре охлаждения, резервуар - служит для аккумуляции из контора охлаждения и обеспечения запаса жидкости, радиатор - необходим для отдачи тепла из контура охлаждения в окружающую среду.

В настоящее время на рынке компьютерных комплектующих существует множество моделей систем жидкостного охлаждения, однако, все модели объединяет стандартная технология с использованием помпы и воды в качестве охлаждающей жидкости. Рассмотрим несколько моделей.

Deepcool CAPTIAN 120. Главным отличием других систем охлаждения является расположение помпы поверх водоблока. Модель Deepcool CAPTIAN 120 оснащена мощным вентилятором на 12x12 см, действующим с уровнем шума, равным всего 17.6-39.3 дБ. Скорость вращения составляет 600-2200 об/мин и может регулироваться в автоматическом режиме. Система охлаждения дополнена водоблоком из алюминия и меди, а также алюминиевым радиатором на 15.4x12x2.7 см.

Модуль Hydro Series H80i GT - это высокопроизводительный жидкостный охладитель процессора, разработанный для корпусов со стандартными креплениями для 120миллиметровых радиаторов. Радиатор повышенной толщины 49 x 120 мм и два вентилятора SP120L c контролем обеспечивают максимально эффективный отвод тепла от высокоразогнанных процессоров. процессор компьютер охлаждение конвекция

Thermaltake Water 3.0 Ultimate - система жидкостного охлаждения необслуживаемого типа. Конструкция Water 3.0 Ultimate включает, совмещенный с помпой медный водоблок, который двумя шлангами связан с радиатором. На радиаторе помещается три вентилятора типоразмера 120 мм.

Водяному охлаждению не требуется большой объём системного блока для того, чтобы обеспечивать лучшую циркуляцию воздуха в самом системном блоке. Также, важным преимуществом жидкостной системы охлаждения перед воздушной, является низкий уровень шума при работе ПК. Это является весомым аргументом в пользу жидкостной системы, особенно для людей, проводящих долгое время за работой на компьютере.

В результате проведенных исследований нами разработана и спроектирована принципиальная схема опытного образца системы охлаждения процессора персонального компьютера с магнитной жидкостью в качестве теплоносителя (рис. 1). Данная система объединит в себе преимущество жидкостного охлаждения перед воздушным и новый механизм охлаждения, основанный на термомагнитной конвекции.

Предлагаемая нами система охлаждения состоит из жидкостного блока (1), устанавливаемого на процессоре (2), системы постоянных магнитов (3), насоса (4), радиатора (5), вентилятора (6) и соединительных трубок (7). Жидкостный блок (1) и соединительные трубки (7) заполнены магнитной жидкостью (8), которая циркулирует по замкнутому контуру и выступает в качестве хладагента. В системе охлаждения используется магнитная жидкость с концентрацией дисперсной фазы не менее 12%.

Рассмотрим принцип работы системы охлаждения. В результате работы процессора его поверхность нагревается до 65-75 0С. Тепловой поток от процессора путем теплопроводности передается водяному блоку (1), который изготовлен из металла с высоким коэффициентом теплопроводности (алюминий или медь). Затем тепло от нижней стенки водяного блока (1) передается объему магнитной жидкости, содержащейся в нем. Слои магнитной жидкости с разной температурой начинают перемешиваться благодаря естественной (гравитационной) конвекции.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1. Схема опытного образца системы охлаждения процессора.

Так плоскость постоянных магнитов (3) расположена под углом к жидкостному блоку

(1) таким образом, что поперечные сечения образуют конические сечения, то в области блока (1) создается градиент магнитного поля. Магниты (3) подбираются таким образом чтобы градиент магнитного поля составлял порядка 105 А/м2 в области нахождения магнитной жидкости.

Вследствие создания необходимых условий для термомагнитной конвекции (градиентное магнитное поле порядка 100 кА/м2, неравномерно прогретая по высоте магнитная жидкость), в объеме магнитной жидкости образуются термомагнитоконвекицонные ячейки. Интенсивность такой циркуляции, по предварительным расчетам, превышает естественную гравитационную конвекцию на порядок.

В результате у поверхности процессора (в связи с тем, что напряженность магнитного поля там максимальна), постоянно находятся наиболее холодные слои магнитной жидкости. Это первый (малый) контур циркуляции в системе охлаждения.

Второй (большой) контур циркуляции обеспечивает охлаждения всего объема магнитной жидкости в целом. Циркуляция по второму контуру обеспечивается прокачкой насосом (4) магнитной жидкости через радиатор (5) по соединительным трубкам (7).

Таким образом, механизм термомагнитной конвекции, реализуемый в нашей системе охлаждения, и принудительная прокачка жидкости насосом (4) создают 2 контура циркуляции, которые обеспечивают охлаждение процессора наиболее холодными слоями магнитной жидкости. При использовании системы охлаждения на основе магнитной жидкости предполагается достичь преимущества по сравнению с обычной жидкостной системой охлаждения процессоров на 5-7 0С. Это существенно повысит производительность компьютеров и уменьшит уровень создаваемого шума.

Список литературы

1. Yanovskiy A. A., Simonovsky A. Ya., Kholopov V. L., Chuenkova I. Yu. Heat Transfer in Boiling Magnetic Fluid in a Magnetic Field // Solid State Phenomena. № 233-234. 2015. p.339-343.

2. Яновский А.А., Симоновский А.Я., Савченко П.И. моделирование гидрогазодинамических процессов в кипящей магнитной жидкости // Информационные системы и технологии как фактор развития экономики региона: сб. науч. трудов: Ставрополь. 2013. С. 159-163.

3. Яновский А.А. Управление теплообменными процессами при кипении магнитной жидкости на неограниченной поверхности при помощи магнитного поля/ Яновский А.А., Симоновский А.Я. // Физическое образование в вузах, 2012, Т.18, №1 С. 35-36

4. Яновский А.А., Симоновский А.Я. Математическое моделирование формы пузырька пара в кипящей магнитной жидкости // Научно-практическая конференция «Финансовоэкономические и учетно-аналитические проблемы развития региона»/ Ставрополь, 2013. С. 490-493

5. Яновский А.А. Тепло- и массоперенос поле в кипящей магнитной жидкости в однородном магнитном поле / Яновский А.А., Симоновский А.Я., Чуенкова И.Ю. // Труды XI Международной конференции «Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы для материаловедения и наноматериалов». 2014. Ч.1. Курск. С. 252-257.

6. Рабочая тетрадь «Математическая логика и теория алгоритмов» (учебное пособие) / Гулай Т.А., Мелешко С.В., Невидомская И.А., Яновский А.А. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 8-2. С. 169.

7. Яновский А.А. К вопросу о теплообмене в кипящей магнитной жидкости / Яновский А.А., Симоновский А.Я., Холопов В.Л. // В сборнике: ХI Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики сборник докладов. Составители: Д.Ю. Ахметов, А.Н. Герасимов, Ш.М. Хайдаров. 2015. С. 4336-4338.

8. Яновский А.А., Спасибов А.С. Математическое моделирование процессов в кипящих намагничивающихся средах // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5-2. С. 183186.

Размещено на Allbest.ru