F91e9cc303f089f426c563b16449f999 熱導管是一種能夠快速傳遞熱能的產品,利用物質汽態、液態二相變化,和對流原理,達成比純金屬導熱還要快上許多倍的熱量傳遞。但你知道散熱管是有方向性的嗎?對應直立和平躺機殼、風流方向和熱導管方向都有不同的影響,讓我們實測給你看。

普遍來說,熱導管是一個銅製的中空腔體(外層可能鍍上其他不易氧化的金屬,以防止銅的氧化),外壁較為光滑,以求和發熱體之間的熱阻值越低越好,以便將熱量快速帶離發熱體。內壁為粗糙表面,加大接觸面積,讓內部的液態物質能夠快速接收傳來的熱量。

熱導管使用幫浦抽成真空狀態,內部再注入一些「液態物質」。至於這個液態物質是什麼,就要看這個熱導管的運作溫度範圍,例如低溫的運作環境下,就會填入氦、氮;高溫的運作環境,則是填入鉛或鈉。一般電腦是在常溫狀態下運作,填入少量的水即可。

這個填入熱導管的液態物質,碰到緊貼熱源的管壁(吸熱端),就會吸熱變成汽態,而汽態物質就會在管內流動。一旦碰到溫度較為低溫的管壁(放熱端),就會釋放出熱量,重新變回液態,之後再流回吸熱端重新再循環一次,如此熱量就可以持續帶離發熱物體,降低發熱物體的溫度。

▲熱導管內部作用原理示意圖,熱導管內的物質在一端吸收熱量,汽化後跑到另一端釋放熱量,變成液態後再回到吸熱端,重新參與整個導熱過程

熱導管該怎麼擺

此時就引導到本文重點,熱導管擺放的方向性會影響內部循環嗎?熱導管的內壁呈現粗糙狀,除了加大與內部物質的接觸面積外,也能夠形成「毛細現象」,讓液態物質沿著管壁流動,使得熱導管能夠以任何方向使用。但有一部份的人認為,雖然內壁的粗糙表面能夠讓熱導管隨意以任何方向使用,但是還是有一個最佳的使用方向,可以最大化導熱效能。這次筆者就是研究這個主題,到底怎麼擺比較好?還是根本沒差?

在最好的狀況下,能夠以熱導管底部吸熱,頂部散熱的方式最為理想。若是頂部吸熱、底部散熱的方式,就違反了熱上升、冷下降的物理定律,但前段有提到,熱導管內壁有粗糙表面能夠產生毛細現象,現在就看這個毛細現象能否抵抗萬有引力了。

不同方向的散熱器

此次參與測試的散熱器有SilverStone HE01和Cooler Master TPC-812這2款,這2組散熱器的熱導管方向和風扇方向剛好不同,當散熱器風扇向後吹時,HE01的熱導管方向剛好與地平面平行,TPC-812則是和地平面垂直。

散熱器將裝入中型機殼測試,機殼採用Cooler Master HAF XM,這款機殼在後方有1個14公分的風扇,上方有2個20公分的風扇,皆為排風方向。詳細的測試數據請見表格。

毛細現象獲勝

在測試中,無論筆者將散熱器如何擺放,甚至是將機殼平躺下來,達成底部吸熱、頂部散熱的理想狀態,測試的結果卻不見任何差異。使用OCCT燒機時,溫度唯一有差異的就是HE01這一款散熱器,不過差異並非發生在熱導管擺放方向不同的時候,而是將散熱器風扇往機殼上方吹拂的時候溫度較低。筆者探究原因,發現這一款散熱器的體積較大,當風扇往上吹拂時,另一側散熱鰭片位置相當靠近機殼上方的風扇,機殼風扇同時具有CPU散熱器風扇的功能,所以此時CPU的溫度較低。

此次實驗發現,熱導管內部的毛細現象贏了萬有引力,無論散熱器如何擺放,散熱效能都相當接近。但在散熱鰭片靠近機殼風扇時,CPU溫度卻下降了,這讓筆者重新思考,與其在意散熱器該怎麼擺,倒不如做好機殼整體的空氣對流。

 

延伸閱讀:

CPU 散熱器這麼大顆,能讓旁邊的零件變涼快嗎?實驗給你看

Cooler Master TPC-812:第一款直立安裝均溫版的散熱器

 

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1.  邱睪 (發表於 2012年9月11日 20:07)
我倒是覺得除了平形和垂直以外
還要測試反向
就像是直立式機殼的顯卡那樣啦
CPU在上面散熱器在下面

不過這牽涉到側板開口
對照組可能也要把側板開口封住才行
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2.  三角貓 (發表於 2012年9月11日 22:55)
還等什麼?
趕快去投論文啊,你不投的話我要投嘍 <( ̄︶ ̄)>
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3.  snaxe (發表於 2012年9月12日 00:04)
感謝小編辛苦的測試
記得在熱傳學就有教到
在管徑小的情況下,毛細力的效應是遠大過重力的
所以即使是顛倒的狀況
冷卻後的液態水還是會因為毛細力逆著"往上流"
以上是憑大學熱傳學得記憶
有錯請指正
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4.  路邊小朋友 (發表於 2012年9月14日 00:15)
小弟覺得熱導管主要的傳熱方式是由熱導管本身之金屬壁在傳熱
主要的散熱模式還是藉由把熱導在鰭片以外部的對流把熱吹掉
因為像是銅本身的熱傳導係數就高達388(W/m*k)
整支熱導管溫度分佈會很接近
這樣在管內壁進行毛細現象之水應該很容易再度被氣化成水蒸氣
如此一來管裡頭就沒什麼變化
應不至於會影響到熱傳結果
所以散熱問題又回到管子傳導與機殼內流場
而不是熱導管方向性的問題
以上是小弟的想法
有錯請小力鞭 〒ˍ〒

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