直吹式热管散热器的奥秘.doc

直吹式热管散热器的奥秘（热管的方向）做为一名对电脑硬件充满激情的玩家，有幸加入了itocp评测室与大家一同学习进步。对电脑硬件接触较多的是散热器，无论是直吹式还是侧吹式，笔者使用过的不计其数，对如何最有效的发挥风冷散热器性能有一定的研究。前段时间论坛举办的“至尊大众玩家级散热器，20个极冻酷凌冰斧5750免费试用活动”中，浏览网友的产品试用文章时看到一篇写得很不错(/thread-14628-1-1.html)，文中有这么一张图引起我的注意，该图是Noctua 官方关于C12P散热器的正确安装方向图示。登陆Nocuta官方网站里查询到关于该安装图示的相关说明（http:/www.noctua.at/main.php?show=faqs&step=2&lng=de&products_id=18），Noctua来自欧洲奥地利的散热器厂商，所以官方网站语言为德语，通过翻译了解了大概意思，简单理解就是遵循热空气上升冷空气下降的热对流原理，所以图中错误的安装方法会使热量无法流畅的向下流动导致达不到预期的散热性能。在另外一篇网友的试用文章“深夜鏖战极冻5750！安装散热器注意方向”中，该网友就有针对这个问题而深入测试，测试的结果表明，正确的安装方法与错误的安装方法的确会造成散热器散热性能差异性很大，足足有7之差，但造成这一现象的问题在哪？这引起我更强烈的好奇心。为了更深入研究到底是什么原因造成如此大的差距？难道只是因为安装方向导致热量流通不畅吗？趁热打铁，笔者与网友们一样使用一款极冻酷凌5750 PWM做相关测试，以探个究竟。一，测试平台以及说明测试说明：1，CPU使用目前较热门的E5200，加压到1.3V OC 3.6G主频作为测试基准。2，环境温度恒温26，封箱测试环境，使用的机箱为立式的Antec A300，该测机箱后面配有一个12cm风扇，CPU散热器上方开了天窗并配有一个14cm风扇，为了组建风道，在前面板加装两个镰刀SFF21D（800转)12cm静音风扇。3，测试使用硅脂统一为美宝T-50A，硅脂涂抹方法为双面涂抹法。4，每个测试项目完毕后关机打开机箱侧板休息10分钟后再进行下一个项目的测试，以减少误差。5，测试时候关闭主板智能风扇功能，CPU散热器风扇通过软件监控风扇转速并保持前后测试风扇转速一致。6，测试使用两张显卡，其中影驰零度9600GT采用被动散热，将作为第2个测试使用的显卡。7，记录温度借用EVEREST 4.60软件自带的温度监控功能，运行ORTHOS 30分钟，记录下温度曲线变化。8，由于测试时并未得知几种安装方向会对温度造成很大差异性，所以在第一个测试时曲线图监控上限和下限有不一致，请读者留意曲线图红圈部分。二，直吹式热管散热器四个安装方向实测首先是热管弯曲端在左边的安装方法。曲线图设置下限为70上限为90，从下图了解到，这种安装方法压制超频到3.6G的E5200两个核心最高温度都是79，温度曲线变化中后阶段保持较恒温状态。再来看下热管弯曲端在右边又会是怎样的情况。软件设置温度下限60上限80，从下图了解到，这种安装方法CPU两个核心最高温度为77，大部分时间温度保持在76。热管弯曲端向上的这种“错误”安装方式会出现什么样的变化？温度下限设置为70上限为90，下面的曲线图变化足以说明该安装方法的确会造成散热性能变差，最高温度既达到86。那么正确的安装方式，热管弯曲端向下又会有什么有趣现象呢？软件设置温度下限60上限80，从下图可以看到，CPU的两个核心温度长时间维持在72，最高温度仅仅只有73，与错误的安装方法对比，温差13。记录每种安装方法CPU的两个核心最高温度值做成柱状图，从下面的图中很直观的告诉我们，直吹式热管散热器怎样才是最正确的安装方式，热管弯折处向下为最佳的安装方法，可以达到最理想的散热效果。三，热导管工作原理以及测试理论分析常见的热管一般由管壳、吸液芯和端盖组成，管壳材料常见的有铜铝材料，使用铜材料可提高热传能力，制作方法是将热管内部抽成负压状态，再注入沸点很低容易挥发的液体，沸点越低导热越快，所以高端散热器上一般使用沸点较低的低温热管，但低温热管在成本上相对高些，管壁有吸芯液，由毛细多孔材料构成，热管一端为蒸发端，另一端为冷凝端，当热端的液体受热蒸发变成气体，并带走一定的热量移向冷凝端，冷端的蒸汽遇冷放热同时凝结变成液体,液体通过热管内壁的填充物流回热端，这种液体转换为气过体程中要吸收/散发热量的性质称之为相变(极限超频中经常见到的液氮/干冰制冷也是利用相变原理)。热管内的动力来自什么？当热管内的填充液遇热变成蒸汽时，因密度变小蒸汽压较高而上升，当蒸汽到达冷凝端时，冷端冷凝蒸汽压低密度大而下降，两端形成一个压力梯度，这个压力差变成为热管内热流移动的动力，这种运动方式称之为“热对流”，两物体间的温差越大，其热传递速度越快。以下是热管工作动态图，高端散热器散热性能好除了本身散热面积大以及制造工艺外，使用低温热管可进一步提升散热器散热效果。那么低温热管的优势在哪？从下面图示了解到，假设该低温热管内液体的沸点在10，普通热管内液体的沸点在30，那么他们之间的有效工作温度就有20之差，沸点越低相变越快发生，温差越大热传导速度越快，所以使用低温热管起到加速热对流的作用。再加上高价热管管壁材料与普通热管使用的不同，现阶段常见的管壁毛细结构有沟槽式、网目式、纤维式、烧结式,其中以烧结式为最佳，烧结式的优点是无论热导管以何种方位角度放置都可无碍地进行毛细回流,更优秀的毛细结构的目的是让热管内的低沸点液体更流畅地流动达到加快热传导速度。上面已经回顾了热导管的工作原理，决定热管的热传导速度在于冷热两端的温差以及制造工艺区别，吸热端与冷凝端温差越大，热管内的相变速度越快，这是热管正常工作的流程。那为何以上测试直吹式散热器四个安装方式散热性能差别如此之大呢？热管弯曲端向上为何就是错误的安装方式呢？热管弯曲端向上或许会有影响热管内的热蒸汽向冷凝端流动，但一端温度高一端温度低依靠低沸点液体进行相变冷却，并没有对热对流造成任何影响，压力差始终是热管内部流动的动力。经过一番深思熟虑后，一个理论上成立又大胆的想法在大脑里运转着，直吹式热管散热器裸露的热管因机箱内部的空气对流影响了散热器热管的正常工作？热传递的速度决定于热管内部的热对流速度，冷热两端温差越大，热对流速度越快，散热器裸露的部分热管受到机箱内部风道影响，影响了热管的正常工作，间接降低了热对流速度，造成了热管裸露部分温度会有所下降，所以最终散热效果也会差，因此，在第一个测试中热管弯曲端向上的安装方式效果最差是因为机箱顶部的14cm风扇向外排风刚好与热管非常接近造成的影响最大，而热管弯曲端向下效果最好则是因为在那位置没有太剧烈的空气流动，热管弯曲端向左则受到机箱后面12cm风扇向外排风的影响，热管弯曲端向右散热效果不及向下，或许受到机箱自然风道的影响。四，无风道机箱内直吹式热管散热器四个安装方向实测前面的理论分析之后，如何来论证该理论的正确性？当然一切以实践为实，以数据为依据。既然之前的测试都是因为机箱风扇和风道的影响，那么，减少机箱风道的产生再做四个安装方向的测试，结果会怎样呢？与第一个测试基本一样，只不过显卡更换为影驰零度9600GT被动散热显卡，将机箱内的四个风扇关闭，并且电源外置，通过给电源加装延长线工作，此时机箱内部无任何空气流通温度会普遍偏高一些属于正常。热管弯曲端向左，测试曲线图如下，两个核心最高温度都达到85，并且还有上升的趋势。热管弯曲端向右，恒温在81之间，最高温度为82。热管弯曲端向上，温度变化非常平稳，始终在79左右跳动，最高温度分别是80跟81，与第一次测试的结果有很大的反差。热管弯曲端向下，温度曲线变化在四个安装方向中最不剧烈的，在79时候恒温，最高温度为81。无风道的机箱内做的第2个测试结果如下，热管弯折处向右/上/下的表现基本与理论基本一致，而唯一诡异的是热管弯折处向左的温度明显要高一些，这又是什么问题呢？技嘉显卡上采用的Silent Pipe- II技术大家还记得吧，其原理是巧妙利用系统内外压力差，当电源风扇以及后挡板上的机箱风扇不停的抽出机箱内的热空气令机箱内的气压下降，外部气压较高的冷空气则由机箱的空隙补充至机箱内形成对流。同样的道理，在第2个测试中机箱风扇全关闭，热管弯曲端向左的安装方法时，机箱内部的空气流通就如上面的原理一样，空气加热膨胀密度低气压低热空气上升，而机箱外部密度大气压高的冷空气自然的通过机箱后面风扇孔流入机箱内，冷空气在流入机箱内时正好吹过CPU散热器裸露的热管，所以才会在第2个测试中出现如此偏差。综合上述的测试，也就不难理解Noctua官网上的C12P散热器安装方向的建议了，只不过Noctua没有给出具体的原理，而本文的测试目的正是解开这一谜团，直吹式热管散热的正确安装方向，要结合用户的机箱风道而确定，哪一个方向受到