Добавить в избранное Отправить письмо   
   
Новости
Новые разработки
О лаборатории ТПУ
Научные исследования
Публикации
Контакты
На главную
rus | eng
 

 

Новые разработки



Бесшумная система охлаждения компьютеров


     В лаборатории ТПУ разработаны и успешно испытаны бесшумные (безвентиляторные) системы охлаждения центральных процессоров настольных персональных компьютеров. Системы созданы на основе контурных тепловых труб. Охлаждались процессоры Intel P4c тактовой частотой 2,8 GHz и Athlon XP 2500+с тактовой частотой 1,83 GHz. Мощность, рассеиваемая указанными процессорами при максимальной нагрузке, составляла около 70 Вт. Полная масса систем охлаждения, включая КТТ и радиатор, в зависимости от модификации, составляла от 0,85 до 3,2 кг. Полное термическое сопротивление системы находилось в пределах 0,5-0,8 К/Вт.
     При испытаниях в составе компьютеров по тестовой программе, обеспечивающей максимальную загрузку процессоров, температура на их контактной поверхности находилась в пределах 64-77 ºС при температуре окружающего воздуха 26 ºС.
     При макетных испытаниях систем охлаждения температура 82-95 ºС на контактной поверхности теплового имитатора процессора достигалась при мощности 110-120 Вт.

   

Внешний вид системных блоков с бесшумной системой охлаждения центрального процессора.


Медь-водяные миниатюрные КТТ

     С 2001 года было разработано и испытано около 20 различных вариантов медь-водяных миниатюрных контурных тепловых труб (МКТТ) с цилиндрическим и плоским испарителями, предназначенных для охлаждения перспективных CPU мобильных компьютеров.
     Максимальная мощность, которую достигли лучшие образцы устройств, составила 160 Вт. Указанная величина не является предельной. Ограничение тепловой нагрузки определялось температурой стенки испарителя Те, которая не должна превышать 100ºС. Минимальное значение полного термического сопротивления Te–Tamb/Q, равное 0,46 К/Вт, продемонстрировала МКТТ с плоским испарителем при тепловой нагрузке 140 Вт и температуре испарителя 88ºС. Максимальный коэффициент теплопередачи в испарителе 61000 W/m2K и его минимальное термическое сопротивление 0,048 K/W были достигнуты при тепловой нагрузке 160 Вт и температуре испарителя 98ºС.
     Тепловые характеристики устройств представлены на рис.1 и рис.2.

Рис.1. Зависимость температуры испарителя от тепловой нагрузки


Рис.1. Зависимость температуры испарителя от тепловой нагрузки

Рис.2. Зависимость полного термического сопротивления от тепловой нагрузки


Рис.2. Зависимость полного термического сопротивления от тепловой нагрузки

В таблице представлены основные конструктивные характеристики МКТТ:

Характеристики Цилиндрический испаритель Плоский испаритель
     Диаметр испарителя, мм 6 --
     Толщина испарителя, мм -- 3,3
     Длина активной зоны испарителя, мм 20 20
     Площадь интерфейса испарителя, см2 4,0 3,6
     Длина конденсатора, мм 61 61
     Диаметр паровой линии, мм 2,5 3,0
     Диаметр жидкостной линии, мм 2,5 2,0
     Эффективная длина MLHP, мм 290 290

     На рис.3 и рис.4 показан внешний вид медь-водяных миниатюрных контурных тепловых труб с плоским и цилиндрическим испарителями.

Рис.3. Мини КТТ с плоским испарителем


Рис.3. Мини КТТ с плоским испарителем

Рис.4. Мини КТТ с цилиндрическим испарителем


Рис.4. Мини КТТ с цилиндрическим испарителем


Пассивно-активная система охлаждения CPU настольного персонального компьютера.

     Разработана и прошла успешные испытания в лабораторных условиях система охлаждения для настольного персонального компьютера. Система создана на основе медь-водяной контурной тепловой трубы (КТТ), снабженной плоскоовальным испарителем толщиной 7 мм и трубками для пара и жидкости диаметром 4 мм.
     В качестве стока тепла использовали алюминиевый радиатор, размеры которого соответствуют боковой стенке корпуса системного блока «midi-tower» (рис.5).



Рис. 5. Система охлаждения CPU на основе медь-водяной контурной тепловой трубы.

     В пассивном режиме при температуре окружающего воздуха 22ºС система охлаждения поддерживала температуру 70ºС на термоконтактной поверхности теплового имитатора CPU при тепловой нагрузке около 90 Вт.
     В активном режиме, когда радиатор обдувался малошумным вентилятором, температура 70ºС достигалась при тепловой нагрузке 160 Вт.


Компактный кулер для настольных персональных компьютеров.

     В лаборатории ТПУ в настоящее время проводятся испытания нового компактного кулера AC-1 для настольных персональных компьютеров, который создан на основе медь-водяной КТТ. В кулере используется осевой вентилятор (92x92x25 мм), который имеет расход воздуха 40 СFM и создает шум на уровне 25 dB при 2200 об/мин. Размеры кулера 100x100x75 мм, масса 585 грамм.
     Кулер испытывался с тепловым имитатором CPU при температуре окружающего воздуха 22ºС.
     Результаты испытаний представлены в таблице.

Тепловая нагрузка, Вт Температура на тепловом
интерфейсе КТТ, ºС
Температура на
термоконтактной
поверхности имитатора, ºС
50
100
150
200
250
36,7
40,4
47,1
54,5
62,8
37,4
41,8
49,1
57,1
66,2

     Полное термическое сопротивление системы «термоконтактная поверхность имитатора CPU – окружающий воздух» снижается с 0,3 до 0,18ºС/Вт при увеличении тепловой нагрузки с 50 до 250 Вт. При максимальной величине 250 Вт, достигнутой при испытаниях, никаких признаков кризиса теплообмена не наблюдалось.

     На Уральском заводе вычислительной техники (г. Екатеринбург) были проведены сравнительные испытания нового кулера и серийного алюминиевого корпусного кулера Intel/Sunyo Denki, снабженного вентилятором с максимальном числом оборотов 2700 об/мин.
     Испытания проводились вне корпуса системного блока в составе материнской платы ASUS P5LD2-VM/LGA 775 Socets с двухядерным процессором Intel Pentium&reg4 640 (3,2 GHz/2M) при температуре окружающего воздуха 27,2ºС. Для испытаний использовалась тестирующая программа S&M.

    Результаты испытаний представлены в таблице.

Охладитель Tcore1, ºС Tcore2, ºС Tmb, ºС Tev, ºС
     Intel/Sunyo Denki
     AC-1
56,7
51,0
47,3
47,5
38,3
34,4
-
50,0


     Tcore1 – температура 1-го датчика процессора
     Tcore1 - температура 2-го датчика процессора
     Tmb - температура датчика на материнской плате
     Tev – температура на тепловом интерфейсе испарителя КТТ

     Из сопоставления указанных значений температуры с результатами, полученными ранее при испытаниях нового охладителя с тепловым имитатором CPU, следует, что максимальная мощность, рассеиваемая реальным процессором, составляет величину около 130 Вт. Испытания с реальным процессором показали, что новый охладитель снизил температуру 1-го ядра CPU на 5,7ºС, а температуру материнско΀? платы на 3,9ºС по сравнению с серийным кулером. Температура 2-го ядра процессора осталась при этом примерно на том же уровне.

     Проведены также сравнительные испытания кулера AC–1a и кулера «Cooler Master» (Тайвань), снабженного алюминиевым оребрением с площадью около 3000 см2, тремя тепловыми трубками диаметром 6 мм и 92 мм вентилятором PL92S12M-5. Габариты «Cooler Master» с кожухом составляют 145x125x100 мм, масса 804 г. Испытания кулеров проводились с тепловым имитатором CPU и с вентилятором «Cooler Master» с числом оборотов 1800 и 3200 RPM при температуре окружающего воздуха 22ºC .
     Результаты испытаний представлены в таблице, где приведены значения температуры, измеряемой на термоконтактной поверхности теплового имитатора CPU при различной тепловой нагрузке, изменявшейся а диапазоне от 50 до 250 Вт.

  Тепловая нагрузка, Вт 50 100 150 200 250
1800 RPM
  Cooler Master
  AC – 1a
  36,8
  35,3
  50,7
  46,2
  64,7
  57,2
  78,2
  67,5
  91,7
  77,8
3200 RPM
  Cooler Master
  AC – 1a
  33,1
  32,6
  42,5
  39,7
  51,9
  46,5
  60,5
  52,9
  70,0
  59,9

     В диапазоне тепловых нагрузок от 100 до 250 Вт при 3200 RPM полное термическое сопротивление «Cooler Master» изменялось от 0,20 К/Вт до 0,19 К/Вт. Для AC – 1a, эти величины составляли, соответственно, 0,19 К/Вт и 0,15 К/Вт.

Внешний вид кулера AC-1a

     Разработан кулер АС-3/2, снабженный алюминиевым радиатором с площадью оребрения 0,24 м2. Масса кулера, включая вентилятор, составляет 766 г. Габариты 150х120х85 мм. Так же как кулеры АС-1 и АС-2, он разработан на основе медь-водяной КТТ с плоскоовальным испарителем толщиной 7мм.

     Проведены сравнительные испытания АС-3/2 с кулером «Ice Hammer 4400A», имеющим четыре 8мм медь-водяных тепловых трубы. Габариты IН 4400А составляют 150х126х75, масса равна 835 г., поверхность алюминиевого оребрения около 0,9 м2. Для испытаний кулеров использовался тепловой имитатор CPU с размерами 35х35 мм и 120 мм вентилятор “Ice Hammer” при 1900 RPM. Температура окружающего воздуха была 20ºС.

     Результаты испытаний представлены на графике зависимости температуры термоконтактной поверхности теплового имитатора CPU от величины тепловой нагрузки.

Разработаны аммиачные контурные тепловые трубы с номинальной мощностью 130 Вт для отвода тепла от 4-х центральных процессоров, установленных в компьютерном сервере. Устройства снабжены 8-мм цилиндрическими испарителями с длиной активной зоны 40 мм и трубопроводами для пара и жидкости диаметром 2,5 мм. Эффективная длина КТТ составляет около 500 мм.

Контурная тепловая труб 130 Вт

Разработана гибкая контурная тепловая труба с эффективной длиной 2 м, снабженная 10-мм цилиндрическим испарителем с активной зоной длиной 60 мм и трубопроводами для пара и жидкости диаметром 2 мм. КТТ может изменять длину и изгибаться под углом плюс-минус 150 градусов. Максимальная мощность устройства составляет 100 Вт при термическом сопротивлении 0,19 С/Вт.

Гибкая тепловая труба

Разработаны миниатюрные контурные тепловые трубы со сложной конфигурацией теплотранспортной зоны, предназначенные для отвода тепла от малоразмерных теплонапряженных объектов. Устройства способны работать при любой ориентации в диапазоне тепловых нагрузок от 5 до 120 Вт. Минимальная величина термического сопротивления 0,18 °С/Вт достигается при тепловых нагрузках от 60 до 120 Вт.


Rambler's Top100 УралWeb. Регион в интернете be number one Яндекс цитирования Союз образовательных сайтов