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铜散热器 VS 铝散热器 [复制链接]

重量、寿命、成本,这些不说了,咱就只谈散热能力,把纯铜和纯铝这两种材料的一些物理特性作了个简单对比:
大家觉得铜的导热能力强,就是因为铜的导热系数比铝的要高不少(此处指纯铜和纯铝),这个也确实是,在中学都学过的。但是一个散热器散热能力的好坏不仅仅只考虑材料的导热系数有关,还和散热面积、散热器的形状、空气流动等状况有关。
再看后两个参数,你光看比热容这个数字,肯定会说,哇,铜的比热容更小啊,它的温度升的更快,不是更容易散热(热力学定律,温度梯度越大,传热越快),似乎是没错,但是……你还要看看它们的密度。
铜的密度是铝的3.3倍,散热器是一个讲尺寸的产品,不能无限做大,那同样体积大小下,到底是铜的热容小还是铝的热容小呢?不妨简单计算下。
假设都是一立方厘米大小的材料,铜的重量为8.9克,让它上升1K,需要3.4KJ的热量,此大小下铝的重量为2.7克,让它上升1K,需要的热量是2.4KJ,也就是说,单位体积下,铝的热容量只有铜的70%,它的散热更快。
所以说,铜的导热系数虽然比铝的高,热量从CPU到环境间的传递阻力小,但是,同体积下它的热容量更大些,温度上升慢,这样温度梯度小,综合传热能力并不见得比铝的好多少。
在热力学中,传热速率方程式为Q=KAΔt,其中Q为传递的热量,K为材料的导热系数,A为传热面积,Δt为温度差,在同样体积下,假设A是一样的,Q主要就由材料导热系数与热量传递介质间的温度差决定了。CPU的散热其实是两个过程,一个是从CPU到散热器,另一个是从散热器到环境(空气)。对于纯铜散热器,热量从CPU到散热器,因为K更大,Δt也大(散热器与CPU间的温度差,因为同体积下铜的升温慢),这个过程中的传热速率是明显好过纯铝散热器的,但是到了第二个阶段,热量从散热器传到空气时,K是一样的(都是空气),Δt则是纯铜散热器更小(这儿是散热器与空气的温度差),在这个过程,纯铜散热器的效率是低于铝质散热器的。之前一直有个说法,铜吸热快,铝散热快,还是很有道理的。
纯铜散热器也不是没有出现过,、纯铜的Ultra 120E,它重达1.89kg,而普通的Ultra 120E散热器仅仅785g,足足重了1.1kg,但是性能呢?如下:
在这样的高成本、大重量的前提下,纯铜散热器带来的性能收益其实是非常低的,也仅仅比普通的铝散热器低了4度而已,当然如果你追求极致,也未尝不可,只是代价太大。
总的来说,纯铜散热器不划算,成本太高,加工更难,性价比低,博下眼球尚可,肯定是成不了主流的,而铝质散热器这么多年来一直唱着主角,是正确选择的结果,比如它便宜、密度低,容易加工成形,硬度好,还有一点非常重要,它制成的散热器在散热性能上非常接近于纯铜产品。
另外:
铜散热器还有如下问题
1、太贵
2、太重
3、表面容易被氧化。


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如果需要在很小的空间内耗散较大的热功率,必须考虑整体的热交换效率,水冷在无与外界适当的热交换下,本身并不会降低热平衡温度,如前帖所言,只是增加了比热容而已。良好的降温措施除提高热导率外,必须采取适当手段加速与外界的热交换。高热导率材料除铜制结构件和接触面外,可以考虑增加卤素热管,微空间内可以考虑采用石墨烯材料。热量要引出到适当位置尽量扩大热交换面,增强与外界的热交换,必要时必须采取主动热交换措施,就是加风机、液泵之类。总之,孤立的高导热是不行的,必须是高导热加高速热交换。  详情 回复 发表于 2019-1-11 12:06
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该转帖文的理论分析不对。文中观点——同样散热器体积下,高比热容不如低比热容,因为后者温度梯度更高。面上如此,但概念错了,温度梯度高虽然会增强对流,但同时意味着被散热的器件具有更高的温度,散热标准因此不同了。应该怎么比较?必须在同样被散热器件的温度下进行比较才行,这样一来,比热容就失去了意义。
假设一个试验,用同量的同一材料做成同样形状的散热器,二者都有个空腔,一个空腔中为空气,另一个空腔中注水,这样散热器的热导率相同但比热容却不同。问:这两个散热器的散热效果哪个好?注:测试条件相同,最终热平衡温度在水的液态区内且无蒸发,散热效果好坏的评定标注是热平衡温度。
答案是一样。高比热容的那个升温慢,但最终二者的热平衡温度相同。可见,比热容在此不是散热效果的因素,只是影响了温变曲线。事实上,比热容大其实更好,温变更平稳。
正确的结论是,比热容无关散热效果,同样外部条件和散热器形状、体积下,决定最终热平衡温度的是材料热导率。但考虑到温变曲线的平稳,高比热容更有好处。
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我常用高热器件加铜 在贴散热铝 这样传热 水冷也用过 是不是还有什么更好的方法?  详情 回复 发表于 2019-1-10 17:53
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就文中的测试结果来看,4度的差距有无必要是一回事,但对现象的解释是另一回事,不能混淆概念。
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chunyang 发表于 2019-1-10 13:50
该转帖文的理论分析不对。文中观点——同样散热器体积下,高比热容不如低比热容,因为后者温度梯度更高。面 ...

我常用高热器件加铜  在贴散热铝  这样传热    水冷也用过   是不是还有什么更好的方法?
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如果需要在很小的空间内耗散较大的热功率,必须考虑整体的热交换效率,水冷在无与外界适当的热交换下,本身并不会降低热平衡温度,如前帖所言,只是增加了比热容而已。良好的降温措施除提高热导率外,必须采取适当手  详情 回复 发表于 2019-1-11 12:06
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有不有热方面的推荐 大佬  学习一哈   在这方面比较薄弱  
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btty038 发表于 2019-1-10 17:53
我常用高热器件加铜  在贴散热铝  这样传热    水冷也用过   是不是还有什么更好的方法?

如果需要在很小的空间内耗散较大的热功率,必须考虑整体的热交换效率,水冷在无与外界适当的热交换下,本身并不会降低热平衡温度,如前帖所言,只是增加了比热容而已。良好的降温措施除提高热导率外,必须采取适当手段加速与外界的热交换。高热导率材料除铜制结构件和接触面外,可以考虑增加卤素热管,微空间内可以考虑采用石墨烯材料。热量要引出到适当位置尽量扩大热交换面,增强与外界的热交换,必要时必须采取主动热交换措施,就是加风机、液泵之类。总之,孤立的高导热是不行的,必须是高导热加高速热交换。
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