Часто при проэктировании систем охлаждения мы следуем здравому смыслу или просто потому что все остальные так делают Я задумываюсь над вопросом создания хотябы в минимальном обьеме локального справочника по основам теплофизики ( описание различных видов теплопередачи, граничные слоя, ... и.т.д. или как например прикинуть какой эффект от чернения радиатора? ) и гидравлики-аэродинамики (ведь существуют же приближенные расчеты гидравлического сопротивления участков трубопроводов например ) или почему слишком частое расположение ребер радиатора не всегда дает положительный еффект?

Можно было бы рассмотреть как общюю теорию так и конкретные случаи (например случаи обычного воздушного радиатора ... или почему водяной системе охлаждения нужен большой радиатор? ....

Я знаю что большинство такого материала уже давным давно пылится на полках библиотек, но ведь не всегда людям итересно идти в библиотеку и выискивать в книжках умные формулы... А так и для обшего образования подрастаюших оверклокеров было бы полезно, и в случае спорных вопросов на форуме всегда можно было бы легко аппелировать к конкретным законам



Оглавление:
1. Физические характеристики вещества
1.1 Теплоемкость
1.2 Теплопроводность
1.3 Скрытая теплота фазового перехода
2. Теплопередача
2.1 Теплопроводность
2.2 Конвекция
2.3 Излучение
3. Закон Джоуля-Ленца

dima333a
Идея хорошая.
Если нужна административная помощь, то пиши.

Неплохо было бы

Это весьма и весьма интересно!Но должно быть в предельно доступной форме.

Я попробую... А там посмотрим насколько у меня хватит энтузиазма. Планирую постить выдержки в эту тему для последуюших комментариев и дополнений. Потом можно все склеить вместе как отдельную тему .. или эту тему почистит

dima333a
Тафай!
Помогу с корректировкой, тему потом прилепим к важным.

Своевременная идея Начинай, чем можем, тем поможем

Вот попытка описать некоторые важные физические характеристики

Физические величины характеризующие материал (вещество) с точки зрения теплофизики

Ср – теплоемкость при неизменном давлении. Указывает на количество тепловой энергии необходимое для изменения температуры заданной массы вещества на еденицу измерения температуры. Соответственно из определения и вытекают еденицы измерения Дж/(Кг*К) (Т.е. количество энергии (Джоулей)) необходимое для нагрева одного килограмма на один градус Кельвина ). Обычно данная величина некритична для материалов радиаторов ( для меди 385 Дж/(Кг*К), для Алюминия 903 Дж/(Кг*К), ) но может иметь значение для теплоносителя в жидкостных системах охлаждения (Вода ~4000 Дж/(Кг*К), Моторное масло 1800 4000 Дж/(Кг*К), Ртуть 140 Дж/(Кг*К), Воздух ~1000 Дж/(Кг*К))

к – теплопроводность. Указывает на способность материала проводить через себя тепловую енергию. Говоря простым языком к определяет как эффективно тепловая енергия проходит через участок из материала при разности температур на концах участка в один градус. Чем больше величина, тем лучше вещество проводит тепло. Измеряется в Вт/(м*К) Наверно один их важнейших параметров при выборе материалов для радиаторов. (для Меди 400 Вт/(м*К) , для Алюминия 237 Вт/(м*К), Серебра 429 Вт/(м*К) , Для стали 20-60 Вт/(м*К) для дерева 0.087 Вт/(м*К))

hf – скрытая теплота фазового перехода. Как многим наверно уже известно, лед и вода могут сосуществовать при температуре 0 Цельсия. Более того, что бы превратить лед в воду надо затратить дополнительную энергию. Т.е. когда плавится вода в виде льда то лед забирает тепловую энергию извне, но тепература плавяшегося льда не меняется (остается 0 Цельсия при нормалном атмосферном давлении), меняется его фазовое состояние (кристалическое->жидкое). Так же когда мы испаряем воду, то затрачивается дополнительная энергия на превращение воды в пар, при том что пар остается той же температуры что и вода. Единицы измерения очень просты :Дж/кг (т.е. количество тепловой энергии необходимое для перевода килограмма вещества из одного фазового состояния в другое, при этом заметьте, при плавлении и испарении энергия забирается системой, при затвердевании и конденсации энергия выделяется назад в окружающую среду) Так например для воды hf(жидкость<->лед)=334000Дж/Кг (заметьте, на сколько градусов мы бы могли нагреть тот же килограмм воды таким количеством тепловой энергии ?) Для той же воды hf(жидкость<->пар)=2270000Дж/Кг

Высокие значения в данном случае говорят о супереффективности испарительных систем охлаждения на воде



Добавлено спустя 3 минуты, 44 секунды:
Зы, в планах три закона теплопередачи (теплопроводность, конвекция и излучение )

Исправил кучу грамматических ошибок. Набирай текст в Word'е сперва.

Неплохо
Думаю, ко всем определениям по возможности надо давать пояснения и писать примеры.

хотя бы так
, то есть через медный куб с гранью длиной 1 м от одной грани к другой можно передать мощность, равную 400 Вт при разности температур между противолежащими гранями 1 *С при условии, что тепло передается равномерно по всему объёму куба.

Коряво конечно, но что поделаешь
А можно написать, что плотность теплового потока постоянна по всем объёму куба, а вектор плотности потока перпендикулярен "горячей" грани.

Добавлено спустя 1 минуту, 46 секунд:
Вообще, имхо без дифференциального исчисления излагать корректно сложновато.

YuAS


хех, так нельзя, уважаемый. Тут упрощение и доступность не пойдут на пользу материалу. Кому надо понять, те повысят свой, прежде всего, уровень знаний, чтобы понимать этот фак, а которые не хотят это делать, так пускай жуют опилки.

dima333a
Хорошая идея. Я надеюсь, что вы не настолько увлечётесь упрощением, что на большей части материала можно будет ставить крест.

kostik
Я имел в виду вот что. У меня есть переводная книга "Исскуство схемотехники" в 2-х томах
Она писалась как учебник для нетехнических ВУЗов. Да многие ее тут знают.
Можно ли изложить теплофизику на подобном уровне я не знаю, но хотелось бы

Теплопроводность- это процесс передачи тепла на уровне атомов и молекул. Так например если мы возьмем достаточно длинный медный ( или просто металический) стержень и начнем нагревать один из концов, то очень скоро температура противоположного конца тоже начнет повышатся. В данном случае теплопередача осушествляется за счет движения свободных электорнов с высокой энергией от нагретого конца стержня к холодному. В случае твердых материалов непроводящих электричество тепло может передаватся за счет колебаний атомов или молекул соседним атомам/молекулам с меньшей энергией, а в случае газов или жидкостей теплопроводность имеет место за счет перемещения молекул (атомов) газа или жидкости с большей кинетической энергией от более нагретого участка к более холодному.
Закон описываюший теплопроводность называется законом Фурье и был найден эксперементальным путем:

Q=k*A*(T1-T2)/L или (что более правильно) Q= -k*A*(dT/dL)

т.е. количество тепловой энергии за еденицу времени Q (Вт) прошедшей через например стенку площадью А(м^2) и толшиной L(м) прямо пропорционально разнице температур на противоположных сторонах стенки и обратно пропорционально ширине стенки. А k - это коеффициент характеризуюший материал и называется теплопроводность или коеффициент теплопроводности.
Надо отметить что это самая простейшая интерпритация закона теплопроводности, когда тепловая энергия передается исключительно в одном направлении. Но даже в такой простой интерпритации закон Фурье применим в оверклокерском деле

Пример: При установке медного радиатора на процессор был нанесен слой термопасты (к=30 Вт/(м*К)) толшиной в 0.1мм. Определить на сколько градусов будет отличатся температура нижней части подошвы радиатора от температуры кристалла процессора, если тепловыделение процессора 100 Ватт и площадь контакта 200мм^2 ?

Решение: Полагая что теплопередача внутри термопасты происходит в направлении перпендикулярном плоскости ядра процессора и температуры радиатора и процессора установились на определенном уровне воспользуемся законом Фурье:

100 (Вт) = 30 Вт/(м*К) *0.0002 (м^2) *( Тcpu(К) - Tподошва(К)) / 0.0001(м)

Решив данное уравнение я получил цифру около ( Тcpu(К) - Tподошва(К))=1.7 К


Конвекция – это теплопередача за счет перемещения макро обьемов вешества. Конвекция в большинстве случаев происходит в газах или жидкостях. Для того что бы понять разницу между конвекцией и теплопроводностью приведу простой пример: Есть грузовик с кирпичами (горячее тело) который нужно разгрузить и кирпичи сложить в помешении (отвести тепло). Несколько рабочих могут организовать живую «цепь» выстроившись в линию и передавать кирпичи от одного рабочего к другому (это будет выглядеть как аналог теплопроводности, когда тепловая энергия передается от одного атома в твердом теле к другому), с другой стороны рабочие могут ничего не организовывать, а просто каждый рабочий может подойти к грузовику, взять пару кирпичей и донести их до хранилища, а потом вернутся назад, взять еше пару ... ну и так далее (это будет аналогом конвекции, когда сравнительно небольшие обьемы жидкости или газа нагреваются возле горячего тела и просто уносят тепло с собой)

Конвекция описывается очень простым уравнением:

Q=h*(T поверхности – Т..)

Где h – это коеффициент теплопередачи конвекцией (чаще всего теоретический расчет этой величины и является основной проблеммой в расчетах конвекции)

T поверхности – температура поверхности на от которой тепло передается конвекцией
Т.. – температура жидкости или газа в дали от поверхностиПример: Многие уже наверно догадались что теплопередача от горячего радиатора к воздуху внутри корпуса происходит в основном за счет конвекции. Если учесть что h для конкретной конфигурации (радиатор+вентилятор) остается постоянным то мы можем например выяснить как изменяется мошьность процессора под наргузкой (burnCPU) и в покое (idle) .
Пусть в покое температура радиатора равна 40 градусов Цельсия а температура внутри корпуса 30 градусов Цельсия. Под нагрузкой же температура радиатора возросла до 62 градусов Цельсия а температура внутри корпуса до 35 градусов Цельсия. Во сколько раз повысилась мощьность процессора под нагрузкой?

Решение:
Для режима покоя мы можем написать:
Qпокоя=h*(40 (Ц) – 30 (Ц) )
A для нагруженного режима (под burnCPU)
QburnCPU=h*(62 (Ц) – 35 (Ц) )
Соответственно поделив второе уравнение на первое мы получим:
QburnCPU/ Qпокоя=2.7
Предполагая что при нагрузке под burnCPU процессор выделяет количество тепла равное максимальной мошьности по спецификациям производителя и заглянув на сайт производителя мы эту информацию можем найти, то можно расчитать дополнительную информацию.
Допустим речь идет о процессоре Intel® Pentium® 4 SL6WG и с величиной thermal guideline 82.0 Ватт. Тогда, если QburnCPU=82 Вт , то в режиме покоя процессор потребляет Qпокоя= QburnCPU/2.7=30.3Вт &#61514;, а коэффициент конвективной теплопередачи для нашего радиатора составляет 3 Вт/К


Излучение – это теплопередача за счет излучения электромагнитых волн. Начем с того что все тела (включая людей, зверей, машин) имеющие температуру отличную от 0 Кельвин излучают электомагнитные волны. Очень грубо говоря чем выше температура тем интенсивней излучение, тем больше энергии тело отдает. С другой стороны если мы например подвесим холодный гвоздь (300К) в горячей ваккумной печи (1000 К) то гвоздь будет излучать и отдавать энергию в печь, а стенки печи будут излучать энергию на гвоздь. Естественно гвоздь будет получать от печи значительно больщее количество тепловой энергии чем излучать обратно в печь (т.к. гвоздь холодный а печь горячая), но важный вывод из данного примера состоит в том что теплопередача излучением – это в реальных условиях всегда процесс двухсторонний, т.е. все тела излучают и поглощают излучение.
При неупрощенных расчетах это наверно самый «сложный» вид теплопередачи. Самым простым методом оценки излучения является использование закона Стефана-Больтсмана в сл. форме:

Qизлучением=А*е*б*( Тповерхности^4 – Токр.среды^4)

Где: А – площадь поверхности, м
е – коэффициент характеризующий излучающие своиства поверхности ( 0....1)
б – константа Стефана-Больтсмана: б=5.67x10^-8 Вт/(м^2*К^4)
Тповерхности – температура поверхности, К
Токр.среды –температура окружающей среды, К

при расчетах излучения важно все температуры приводить к шкале Кельвина

Как пример в данном случае полезно было бы оценить эффективность от чернения радиаторов. Допустим под нагрузкой процессор Intel® Pentium® 4 SL6WG выделяет 82 Вт и нагревает радиатор до 62 градусов Цельсия. Учитывая что радиатор рассеивает тепло как конвекцией так и излучением, давайте подсчитаем каков вклад излучения, если радиатор практически идеально зачернен (е=0.9) a эффективная площадь излучения радиатора равна поверхности прямоугольника с габаритными размерами радиатора ( так как ребра стоят друг на против друга, то они частично излучают друг на друга, и соответственно не вся поверхность радиатора используется эффективно на излучение). За основу был взят прямоугольный боксовый радиатор Intel с 17-ю ребрами с обшей площадью поверхности ребер Аобщ=0.11м^2, и эффективной площядью излучения порядка А=0.024м^2 (габариты 0.09х0.035х0.07 ). Температура внутри корпуса была принята равной 35 градусам Цельсия.
По закону Стефана-Больтсмана:
Qизлучением=0.024 м^2*0.9*5.67x10^-8 Вт/(м^2*К^4)
*( 335(К)^4 –308(К)^4)
Qизлучением=4.4Вт или около 5.3% от общей мощьности рассеиваемой радиатором.
Если бы радиатор был незачернен (е=0.1) то Qизлучением составило бы 0.49 Вт При меньших температурах радиатора вклад излучения будет еще мение значительным.

dima333a
Насчёт этого вы, бесспорно, правы. Однако даже то, что весь материал будет собран воедино, достойно большой похвалы, так как это, можно сказать, собачья работа - собирать, объединять, систематизировать, подводить под общую базу, а уж ещё хуже составлять рабочую модель по каждому из пунктов фака. Хоть я и перечитал в своё время гору (ну никак не меньше доброй кучи) литературы на эту тему, хоть и исписал до кучи бумаги в рассчётах и прочем подобном, всё равно с интересом почитаю. Охоч я до подобного чтива.

Да это будет занятно...возможно сведя воедино знания накопленные человечеством за тысячелетия мы с вами дойдём до какого-нибудь изобретения,основанного на совокупности этих знаний.
Или по крайней мере убедим часть народа что помпа на 3000 л/ч - полная фигня.
Поддерживаю начинание,буду следить за темой!

dima333a
Конечно стоит!

Эффект положительный, можно уменьшить площадь на 10%, при тойже эффективности теплоотвода по сравнению с нечерненой, тем самым уменьшаются габариты!

Добавлено спустя 27 минут, 42 секунды:
Закон Джоуля-Ленца
Закон Джоуля-Ленца, хоть и не совсем теплофизический, но может быть полезным:
Количество тепловой энергии выделяемое в проводнике под действием электрического тока пропорционально квадрату величины тока помноженному на величину электрического сопротивления и времени прохождения тока.

Q=I^2 * R* t

Где I – величина тока (А)
R- электрическое сопротивление проводника (Ом)
t –время, (с)

в данном случае Q выражается как раз в Джоулях, а если мы преобразуем закон Джоуля-Ленца в форму Q=I^2 * R и воспользуемся законом Ома то получим самое что не наесть обычное выражение для мощьности электрического тока Q=I*U, где Q выражается уже в Ваттах

Хотел бы внести свою лепту в данную тему!
Здесь три урока по физике - для освежения школьного курса!
http://cp.people.overclockers.ru/cgi-bi ... =____3.rar
http://cp.people.overclockers.ru/cgi-bi ... =____4.rar
http://cp.people.overclockers.ru/cgi-bi ... =____5.rar
А здесь была яростная полемика "Статья о Тепловых трубках своими руками"
http://forums.overclockers.ru/viewtopic ... 3c58bfc5cb -->

Оба автора ошиблись, а никто и не заметил и не поправил. Правильно будет:
Теплота парообразования воды при данных условиях 2394 кДж/кг, соответственно, массовая скорость - 0,042 г/сек.
1вт=дж/сек. Чтобы испарить 1 грамм воды за одну секунду нужно приложить мощность 2.394 квт.