Основная концепция:
- Отсутствие «узких мест» во всем тракте прохождения жидкости.
- Максимальное использование воздушного потока.
- Возможность охлаждения любого процессора в связке с видеокартой мощностью до 200W.
- Простота сборки и «зарядки» всей конструкции теплоносителем.
- Охлаждение любым вентилятором размером 120 мм.
«Узкие места», это когда площадь поперечного сечения тракта прохождения жидкости уменьшается, или увеличивается. И то и другое приводит к затруднению перемещения теплоносителя. В нашем решении, сечение тракта прохождения жидкости в любом месте практически одинаково и составляет около 50 мм? (D8mm).
Теплораспределитель
Общая площадь ламелей охлаждения радиатора составляет 3200 см?. Теплоноситель перемещается в максимально-эффективной зоне воздушного потока, и длина его пути составляет внушительные 96 см. При кажущейся массивности, радиатор достаточно легкий — около 700 гр. Толщина стенок в поперечном сечении 1,5 мм и это должно положительно повлиять на теплоотдачу. Для сравнения, на слайде справа, показан теплораспределитель с нашего предыдущего проекта. Он довольно успешно справляется с охлаждением всей системы в довольно замкнутом пространстве. При этом, общая площадь его ламелей охлаждения в 4 раза меньше.
Помпа
Для помпы мы решили применить самый эффективный способ перемещения жидкости — турбину. За полтора оборота турбина вытесняет 7 см? жидкости. При частоте вращения 800 оборотов, теоретическая производительность помпы равна 220 литров в час. При 2000 оборотов — 560 литров. Учитывая длину водного тракта и сопротивление ватерблоков, реальная производительность будет конечно ниже, но и этого будет вполне достаточно, что бы отвести более 250W тепловой энергии. Было бы здорово разработать управляющий контроллер, который будет учитывать потребности в охлаждении, как процессора, так и видеокарты, и исходя из этого изменять скорость перемещения жидкости и частоту вращения вентилятора. Закрытая конструкция помпы, где полностью отсутствует контакт воды через движимые элементы с окружающим воздухом, полностью исключает вытекание жидкости в случае ее износа, или поломки.
Мы подозреваем, что могли допустить ошибку, как в расчетах, так и при разработке дизайна. Поэтому, мы с нетерпением ждем ваших комментариев.
В следующей статье мы опишем устройство ватерблоков, как для процессора, так и для видеокарты и не забудем про расширительный бачок. Здесь тоже есть много интересных идей.
Если Вас заинтересовал данный проект, Вы можете подписаться на наши новости.
Комментарии (54)
eta4ever
25.04.2015 22:29+1Второй вопрос — насколько эффективно будет продувать такой длинный радиатор с малым расстоянием между ребрами тихоходный «карлсон».
Третий — где располагать и к чему крепить эту бочку?
woodoodm Автор
25.04.2015 22:43Совершенно справедливый вопрос. Срочно добавляю еще один слайд.
При кажущейся массивности — сопротивления воздуху почти нет. А длина радиатора, это скорее плюс, чем минус.
Крепить — на заднюю стенку корпуса. Там где вытяжные вентиляторы располагают. Или на верхнюю крышку. И такие корпуса бывають.eta4ever
25.04.2015 22:59А еще вопрос. Чем продиктовано «внешнее» расположение жидкостных каналов, а не в середине оребрения?
woodoodm Автор
25.04.2015 23:20Внешние каналы — это 96 см прохождения жидкости в тракте. Также, это зона максимальной эффективности вентилятора охлаждения.
eta4ever
25.04.2015 23:22+2А эффективность отдачи тепла от жидкости к радиатору? Почти половина площади внутренней поверхности канала в этом не участвует.
woodoodm Автор
25.04.2015 23:46Все верно. И если учитывать боковые стенки тракта, и быть точными, то 28% не контактирует напрямую с радиатором. Но как говорится, все познается в сравнении. Если взять классические трубки водяного охлаждения, то можно предположить, что вода в середине трубки не охлаждается вообще, потому что она далека от стенок трубки. Но это не так. Вода, при движении постоянно перемешивается, и в нашем случае водный тракт плоский относительно охлаждающей поверхности. В итоге, такую мелочь можно не учитывать, принимая во внимание огромную площадь соприкосновения при прохождении (более 210 см?).
kosmos89
26.04.2015 01:35Да как это сопротивления нет? Он же толстенный, там столько трения о ребра. Сопротивление возрастет еще больше, когда он наглотает пыли.
Вы пробовали продувать его модель (цифровую или физическую)?woodoodm Автор
26.04.2015 02:09Если говорить о пылесборниках, то это скорее классические радиаторы:
В нашем случае расстояние между ламелями вполне достаточное для беспрепятственного прохождения пыли. И если представить, что радиатор на картинке рассчитан под установку пропеллера 120 мм, то длина водяного тракта около 120 см. Но учитывая зональность эффективности вентилятора и малую глубину прохождения воздуха через ламели — такая эффективность под сомнением. К тому же огромное кол-во и плотность ламелей создает не малые шумы, даже при использовании тихих пропеллеров.eta4ever
26.04.2015 02:19С другой стороны, не забывайте, что такие радиаторы очень тонкие, а значит, хорошо продуваются на минимальных оборотах.
kosmos89
26.04.2015 02:20Вообще, большинство современных радиаторов выглядят так: images.bit-tech.net/content_images/2008/05/radiator-shootout-1/rad-3.jpg
Ezhyg
26.04.2015 03:10+1> достаточное для беспрепятственного прохождения пыли
так не бывает, поверьте на слово ;)
Arlakz
26.04.2015 03:33Я так понял это «срез» довольно длинного радиатора.
Из моего опыта интеловский высокий кулер хуже охлаждал проц чем низкий
При примерно одинаковом сечении и одинаковом кулере.
Мощности кулера похоже просто не хватало что бы «продуть» высокий радиатор.
Так что стоит поэкспериментировать с разным размером (или проверить на разных кулерах)Dimonyga
26.04.2015 11:42Немного не верный вывод. У интеловского радиатора забор воздуха идет по бокам, и воздух по наименьшему сопротивлению идет по верхней части радиатора. в представленной же конструкции он безусловно пройдет всю длинну радиатора.
Касательно радиатора охлаждения — при разработке корпуса вы столкнулись с эффектом переноса тепла алюминием, и тут же делаете такую же ошибку. горячая вода должна входить в радиатор со стороны вентилятора (если он на выдув) и по мере охлаждения идти к началу воздушного потока.
Если не прав — объясните почему.woodoodm Автор
26.04.2015 12:27В данном случае не имеет никакого значения с какой стороны пускать воду. Весь воздушный поток проходит через радиатор. И ни капли мимо. С наружной части ламели чуть более холодные, потому что там воздух заходит. Именно туда и попадает горячая вода.
И еще есть одна особенность. Мне не понятно почему, но когда воздух выдувается из радиатора, а не вдувается в него — потоки воздуха проходят легче и тише. Может он как то самоорганизуется там. Не знаю. Мы в этом не раз убедились в прошлом проекте.
Gendalph
26.04.2015 15:08+1Звучит будто у вас прямоток.
Предлагаю рассмотреть возможность применения противотока:
woodoodm Автор
26.04.2015 15:24Почему бы и нет.
Только можно Ваш график перевести в словесную форму? ВкрацииGendalph
26.04.2015 15:37Идея в том, что ток охлаждающей среды (воздуха) и охлаждаемой среды (вода или что-либо еще) направлены друг против друга.
Так получается достишь большего перепада температур на входе и на выходе.
Картинка справа — прямоток: мы не можем охладить воду сильнее чем воздух на выходе из радиатора.
Картинка слева — противоток, тут мы ограничены температурой воздуха на входе в радиатор (вода выводится из радиатора с той же стороны, где втягивается воздух).woodoodm Автор
26.04.2015 15:50+1Не могу не согласиться. Теоретически это действительно должно поднять эффективность охлаждения. Надо подумать.
Gendalph
26.04.2015 16:37Противоток всегда применяется в больших промышленных системах передачи тепла (например, паровые котлы), если позволяют материалы.
В вашем случае текущих материалов более чем достаточно для применения противотока — попробуйте, возможно получится повысить эффективность теплопередачи.
Ezhyg
26.04.2015 20:54+1> Мне не понятно почему, но когда воздух выдувается из радиатора, а не вдувается в него — потоки воздуха проходят легче и тише. Может он как то самоорганизуется там.
Всё же просто — аэродинамика, турбулентность, «вот это всё» (как там называется та штука, которая про газы и жидкости...? заклинило :().
При вдувании в радиатор, воздух закручивается крыльчаткой, плюсом к этому, в центре, там где ротор и «шайба» с магнитом, воздух не засасывается. При всасывании же, воздух заходит прямо и не испытывает дополнительных сопротивлений, кроме трения о стенки и связанных эффектов.
Xenotester
26.04.2015 13:23Как будет продуваться на низких оборотах? А конвекцией при полном отключении вентилятора?
Ezhyg
25.04.2015 22:55А не маловато «пятно» (площадь) контакта жидкости с радиатором?
Я так понимаю, что раз картинки — «рендеры», то расчёты пока сделаны в уме?
Ну и раз уж воздух здесь присутствует, важна ещё одна характеристика — объем прокачиваемого воздуха (CFM).woodoodm Автор
25.04.2015 23:35+11. Длина канала 96 см. Площадь контакта жидкости с теплораспределителем = 210 см?. То есть, если мы вырежем полоску шириной 10мм, то ее длина получится более 2-х метров.
2. Программа Solidworks с легкостью рассчитывает площади поверхностей.
3. Объем прокаченного воздуха зависит от выбранного пропеллера. На слайдах показан Scythe Gentle Typhoon 120mm. Очень хороший, тихий, но и не дешевый пропеллер. Необходимости в таком вентиляторе нет. Подойдет любой, попроще.Ezhyg
25.04.2015 23:57+1Вооот, уже началась конкретика :). Побольше, побольше!
woodoodm Автор
26.04.2015 00:34+2Хорошо.
- Поверхность алюминиевого радиатора — анодированная. Есть возможность цветного анодирования.
- Расчетная потребляемая мощность помпы, при питании от 12v — 28W.
- Общие габариты — 120 х 120 х 75 мм (без пропеллера).
- Расчетная стоимость комплекта — около 80$ с ватерблоком для CPU и без пропеллера.
- Пластиковые детали — поликарбонат с финишной обработкой «Satin Finish».
- Все расчетные характеристики приведены с запасом.
xiWera
26.04.2015 01:04+1Для того чтобы вентилятор смог продувать на скорости помпы, нужно будет делать редуктор повышающий его обороты. Иначе эффективность, на которую делается упор, будет недостижима. Помпа будет качать больше, чем вентилятор успеет «продуть». Либо помпа будет качать гораздо больше чем нужно, чтобы вентилятор, сидящий с ней на одном валу, успевал продувать. То есть лишний расход энергии.
woodoodm Автор
26.04.2015 01:28+1Все верно. Предполагается сделать несколько вариантов турбины, что бы соблюсти баланс между прокачкой жидкости и воздушными потоками. Вентилятор, конечно же, не на одном валу с турбиной. Во всем жидкостном тракте нет ни одного соприкосновения с движимыми деталями, которые контактируют с окружающей средой. Это сделано специально, что бы исключить протекание жидкости в случае износа, или поломки.
Что касается управляющего контроллера, то хотелось бы считывать информацию, как с процессора, так и с видеокарты. И исходя из этого управлять вращением вентилятора и скоростью прокачки жидкости.
ToSHiC
26.04.2015 01:15Магниты не будут страдать от соприкосновения с жидкостью?
Как планируете изготавливать радиатор столь сложной формы? Если литьё, то даст ли оно требуемую гладкость поверхности? (Кстати, какая нужна для наибольшей эффективности работы?) Если механическая обработка, то чем?
Кстати, сколько вся эта бандура весит?
woodoodm Автор
26.04.2015 01:46- Все верно. Магнит содержит железо, значит подвержен коррозии. В нашем случае нужно будет подобрать защитный лак.
- Процесс изготовления радиатора в принципе стандартный. Экструзия, 3 операции фрезерования с ЧПУ без смены заготовки с вала.
- Обычно, после экструзии, деталь проходит быструю пескоструйную очистку под высоким давлением.
- Как мне подсказывает Solidworks, описанная конструкция весит 950 гр. И у меня нет оснований ему не доверять.
eta4ever
26.04.2015 02:12+1Попробуйте рассмотреть не защитный лак, а заливку в пластик. Я отталкиваюсь от устройства помпы с магнитным приводом (по типу en.resun-china.com.cn/products_detail/&productId=22.html, оригинал забыл как называется), там крыльчатка с магнитом залиты и сидят на керамических подшипниках, а статор находится в другом корпусе вокруг того места, где крутится магнит. Оригинал (с которого этот ресун срисован) годами работает с агрессивной жижей.
eta4ever
26.04.2015 02:15Наврал немного, там не статор во внешнем корпусе, а магнит, вращаемый электродвигателем. Но суть изоляции магнита от жидкости не меняется.
Arlakz
26.04.2015 03:59Чем толще слой (больше зазор) тем будет хуже работать.
Попробуйте обернуть магнит бумагой в 1 и в 10 слоев и сравните насколько сильно он «притягивает». Так что лак — один из лучших выходов.eta4ever
26.04.2015 12:13С точки зрения КПД, но не надежности. Впрочем, помпы с магнитным приводом предназначены в т.ч. для перекачки жидкости со взвесью (которая лак могла бы спилить), тут требования попроще.
woodoodm Автор
26.04.2015 12:47+1Вот, кстати, нашел наглядный пример, который показывает, что радиальное расположение теплоносителей — это наше все. А кол-во ламелей — полная фигня. Главное — это длина прохождения воздушного потока вдоль ламели. Где бы их чертеж подглядеть… Сдается мне, что кол-во ламелей нужно уменьшать с 72 до 60.
22sobaki
27.04.2015 14:46Ламель нагревается от теплоносителя от только с внешней стороны, я правильно понимаю (из центра, где стоит насос, тепло на ламель не поступает)?
woodoodm Автор
27.04.2015 15:06Ага. Это как раз максимальная зона эффективности пропеллера.
22sobaki
27.04.2015 15:45А с чем связана криволинейная конфигурация ламели? Эстетические соображения?
woodoodm Автор
27.04.2015 16:27Не только с эстетическими (хотя, и не без этого). Для прошлого проекта мы заказали два образца. Один как обычно, другой в другую сторону направлен. Второй вариант работал тише и охлаждал лучше. Не намного, но лучше. Тут пропеллер четко подрезает воздух между ламелями, а не стучит по ним:
22sobaki
27.04.2015 16:40Понятно, интересно. А то с точки зрения теплообмена такая длинная ламель, кажется, не нужна.
Прямые ламели не пробовали?woodoodm Автор
27.04.2015 16:47Почему же нет? Мне кажется, лучше использовать весь воздушный поток, чем ему пропадать зазря. Тем более в тестовых режимах «прожарки» процессора, края ламели не хило нагреваются. Значит теплообмен там тоже происходит.
Еще, в нашем случае, изогнутые ламели осуществляют поддержку операций фрезерования в центре радиатора. Что бы можно было задать скорость побыстрее и проходы резца поглубже.22sobaki
27.04.2015 17:18+1Помню из курса теплообмена понятие эффективности ребра (ламели, как вы ее называете). В зависимости от толщины ребра и материала есть некая высота ребра, после которой ее увеличивать особенно смысла нет, т.к. теплосъем почти не растет. Видимо, в вашем случае ребро работает по всей высоте, хорошо.
Grox
04.05.2015 03:47Чтобы избежать лишних завихрений, подумайте над выпрямлением угловых каналов. Так, скорость будет равномерной, сопротивление меньше, потому что жидкость не будет упираться в стенки углов.
woodoodm Автор
04.05.2015 12:41То, что есть сейчас — упрощенная схема фрезерования. Как построить пути 3-х осевого фрезерования для гладких каналов, мы еще не думали. Скорее всего мы отдадим это на милость производителя.
Grox
05.05.2015 01:34Я имел ввиду вот такое расположение каналов. Т.е. постепенное изменение уровня, как винтовая нарезка. Но винтовая вам не подходит, поэтому предлагаю сделать только плавный переход между уровнями.
eta4ever
Интересно, стоит ли овчинка выделки. Т.е., будет ли реальный прирост производительности по сравнению с квадратным радиатором и обычной помпой. Мне лично эта конструкция кажется чрезмерно сложной и неремонтопригодной.
woodoodm Автор
Если сделать слайс современных систем водяного охлаждения, то конструкция будет выглядеть гораздо сложнее.
Что касается прироста производительности, по крайней мере нам, данная конструкция кажется максимально эффективной и оптимальной. НО! Мы можем ошибаться. Поправьте нас.
eta4ever
Я давно не интересовался темой, поэтому могу быть не в курсе модных трендов. Просто интересно, насколько такая система будет эффективнее «типового» квадратного радиатора и аквариумной помпы. Ведь изготовить такую байду непросто, соотв., дешевой она точно не будет.
woodoodm Автор
Из за горизонтального расположения ламелей в классической системе охлаждения, эффективность их охлаждения зональная. Те ламели, которые расположены вверху и внизу максимально эффективны. Те, что посередине — намного меньше. Здесь нужно представить распространение воздуха от вентилятора. В средние ламели поток воздуха стучится, но не проходит свободно. А те ламели, которые находятся посередине вентилятора — там поток воздуха вообще минимален. В нашей системе равноценно используется весь поток воздуха от вентилятора. А там где его нет — расположена помпа.
Что касается аквариумной помпы — это да. Это зверь. Но она издает немалые вибрации. Именно по этому ее обычно погружают в расширительный бачок. В нашем решении нет такой необходимости.
Цена… Уверяю Вас, что такое решение будет стоить дешевле, чем существующие, с такими же характеристиками.
eta4ever
Да я в курсе, что обычный радиатор — это далеко не самая эффективная вещь. Аквариумная помпа — не зверь, зверь — это циркуляционный насос. Но это уже другая история. Что ж, будем ждать практической реализации, я настроен скептически, но буду рад ошибиться.