Secondo me è il contrario (ovvero preferire il rame all'alluminio in qualsiasi situazione, poi ovviamente per motivi di costo e peso non si fa)

Infatti se confronti alluminio e rame a parita di flusso d'aria, con il rame ottieni un coefficente m minore e la distribuzione di temperatura è piu simile a quello ideale (m=0) ovvero aletta isoterma e efficenza unitaria...mentre con l'alluminio m è piu grande e la distribuzione non è ottimale...

Facendo due conti parliamo di differenza a parita di dimensioni e condizioni di m tra Al e Cu di un 28% circa, ovvero m per l'Alluminio è 1.28 maggiore di quello del rame...

Ovviamente quello che usando l'alluminio poi lo recuperi in estensione dell'aletta (che ti costera però meno)..ma l'efficenza dell dissipatore in Al sara minore di quella del dissi in rame.

Ti metto anche il grafico con la distribuzione di temp adimensionale, praticamente a sinistra (x/L=0) ti trovi attaccatto alle heatpipe e hai la temp max, poi ti allontani lungo l'aletta fino a x/L=1 e sei alla fine dell'aletta....Piu la distribuzione di temperatura t' è vicina a 1 e meglio scambi con il fluido (aria in quetso caso)...

Oltre a fare un discorso analitico/matematico puoi anche fare un discorso logico, ovvero se l'aletta ha una buona conducilità il flusso di calore prosegue lungo l'aletta, altrimetni se trovo un materiale con bassa conducibilita preferisce uscire dall'aletta e cedere calore al fluido esterno e di conseguenza l'aletta dopo una breve distanza è gia fredda...

ora supponiamo che non ci sia flusso d'aria nelle alette dissipanti, fanless insomma, tanto tempo fa lessi che in pratica era meglio l'alluminio del rame proprio perchè aveva una conduzione minore

che ne pensi?

Forse faccio una parte anche con qualche espressione approssimata per il calcolo del coefficiente di convezione.....

keroro.90 ha scritto:

e posso dire subito che ansys cfx non è il programma consigliato per questo tipo di analisi

apix_1024 ha scritto:

solo un set di calcoli di cfd potrebbero darti questa risposta la pura matematica non ti aiuta più perchè entra in gioco il moto dell'aria, la turbolenza ecc

Si perchè li bisognerà tirarsi fuori lo strato limite...il che non penso sia molto agevole con solo qualche differenziale....li ci vorrà un CFD...

principino1984 ha scritto:

solo un set di calcoli di cfd potrebbero darti questa risposta la pura matematica non ti aiuta più perchè entra in gioco il moto dell'aria, la turbolenza ecc

ilratman ha scritto:

Ora vedo un se riesco a usarlo...

apix_1024 ha scritto:

ottima!! ho presente quelle dimostrazioni perchè me le ero pure studiate alla specialistica...

se avessi tempo potrei farti qualcosa con ansys ma stando 10 ore fuori casa per lavoro mi vien difficile tornare e mettermi a fare del fem con lucidità mentale

idem..fatte alla triennale...

principino1984 ha scritto:

molto curata..devo rivedermi per bene i calcoli perchè è un po' tardi e il cervello mi si è un attimo ingrippato... ad ogni modo non valeva la pena già che c'eri tener conto anche della distanza ideale tra le alette?

Marco

cioe calcolare la distanza ideale tra le alette?...

é un po piu difficile penso quello, perchè bisogna vedere bene le iterazioni tra alette...e non solo aletta/heatpipe

se avessi tempo potrei farti qualcosa con ansys ma stando 10 ore fuori casa per lavoro mi vien difficile tornare e mettermi a fare del fem con lucidità mentale

Marco

keroro.90 ha scritto:

Potresti completarla utilizzando un fem termico opensurce ma quasi come un ansis come qualità dei risultati.

Femm 4.2

Io per il mio lavoro uso tutti i suoi moduli compreso il termico e ti assicuro che a parte l'essere ostico non ha nulla da invidiare ad ansis come fem 2d.

Se avete idee per migliorarla o qualcosa che non vi torna ditemi pure...sono qua per questo...

Marco

Aspetto di vederla completa

Il massimo flusso termico lo avremo nella condizione in cui tutta l'aletta è alla temperatura esterna del tubo dell'heatpipe, questo è il caso ideale, nella realtà l'aletta non è isoterma e abbiamo una distribuzione di temperatura sull'aletta che ne influenze l'efficeneza totale.

Schema fondamentale dell'aletta.

Come potete vedere dallo schema avremo un flusso di calore che inizia dall'attaccatura dell'aletta e in parte continua lungo l'aletta e in parte viene ceduto al fluido che la lambisce per convenzione, al termine dell'aletta ipotizziamo di avere temperatura costante, di conseguenza non avremo più flusso termico nella direzione x dell'aletta, ma solo scambio convettivo tra la superficie dell'aletta e il fluido (vedrete comunque che la differenza di temperatura tra fluido e aletta è prossima allo zero dopo una certa distanza e anche lo scambio convettivo li è trascurabile).

Vi spiego un pò i calcoli vari del primo foglio.

Iniziamo prima con un bilancio di calore su un volume di lunghezza dx, la differenza di calore tra le due facce sarà il flusso che siamo riusciti a smaltire per convenzione.

Applichiamo poi il postulato di Fouier (2) e otteniamo la (3).

A questo punto facciamo un parallello tra flusso perso per convezione e il flusso che abbiamo nella direzione x dell'aletta, ottenendo l'equazione diffrenziale (4).

Facciamo una specie di adimensionalizzazione per andar meglio a risolvere il tutto, come vedete esce poi un espressione riferita a T'.

Risolta e poste le condizioni al contorno che a x=0 la temperatura sia uguale a quella del tupo e che la derivata della temperatura a x=L sia uguale a 0 otteniamo finalmente l'espressione (9), quello che volevamo.

Abbiamo un coefficinte m e la lunghezza corretta Lc che governano la nostra distribuzione di temperatura.

Vi ho inserito un mini grafico con l'andamento della temperatura adimensionale T'.

Il problema che abbiamo ora è che tutto cio si riferisice ad alette piane di forma quadrata inserite su superfici piane.

Utilliziamo pertanto una correzzione sulla lunghezza e definiamo una lunghezza equivalente Lc data dalla relazione (11)

Ormai l'opera è quasi completata, abbiamo trovato la distribuzione di temperatura sull'aletta.

L'apprrossimazione che abbiamo fatto funzionano sempre meglio man mano che abbiamo una distribuzione costante di heatpipe sull'aletta, simile a una batteria aletttata quindi.

Passiamo all'ultimo folgio di calcoli.

Qui iniziamo calcolando l'efficienza di un aletta come quella nella prima figura.

Il flusso termico reale calcolato per via analitica è espresso dalla (13) e nel nostro caso è l'intero flusso che passa dal tubo all'aletta, e poi dall'aletta al fluido esterno.

Nella pratica le alette sono economicamente convenineti solo con E>0.75.

Ovvero il valore di mLc inferiore a 1,1.

Riferiamo ora tutto al nostro dissipatore.

Definendo

Aa= Area Totale Alette [m2]

At= Area Totale delle heatpipe esposta al flusso d'aria.

Ae= Area estesa, somma di Aa e At [m2]

L'efficienza totale T del nostro dissipatore sarà il rapporto tra il flusso reale calcolato analitcamente e il flusso termico massimo ideale (alette e heatpipe a temperatura To)

La (16) ci da quindi un'idea globale di quanto bene o male sia stato progettato e ostruito il nostro dissipatore.

Conclusioni sulle alette e superfici alettate.

La magior efficenza l'avete a parità di diametro e numero di heatpipe con:

-Distribuzione uniforme possibile delle heatpipe sull'aletta, in modo da non avere accumuli di temperatura e parti di aletta temperatura prossima a quella ambiente.

-Alette ad alta conducibilità.

-Alette di materiale riflettente, evitare il nero opaco.

-Alette con Buona efficenza, per non pagare metallo che non serve.

-Posizionamento ventole, per ottenere un buon flusso d'aria all interno del dissi e migliorare un po' anche K.

A mio avviso i migliori esempi di messa in opera di quanto detto sono:

-Noctua dh-14, ottima disposizione heatpipe e ottima ventilazione.

-Thermalright IFX 14 (ottima disposizione e ventilazione)

-Prolimatehc Megahelms (heatpipe molto grosse, disposizione non proprio ideale delle heat)

Buona Lettura

Alessio

Partiamo dall'inizio, qui tratterrò solo dissipatori aftermarket di un certo livello, caraterizzati quindi dalla presenza fondamentale di Heatpipes, si può comunque con qualche approssimazione e opportuno calcolo ricondurre il tutto a dissipatori senza heatpipe come l'intel Stock.

I principali metodi che possiamo usare per migliorare il passaggio di calore spontaneo da una superficie calda (cpu o gpu) a un fluido (aria/acqua) in generale sono:

-CONDUZIONE

-CONVENZIONE

-IRRAGIAMENTO

Qui tratteremo solo conduzione e convezione, l'irragiamento riguarda l'emissione di onde e.m che vengono poi assorbite o riflesse da altri corpi, è un fenomeno che funziona bene alle alte temp (oltre 3000/4000°C) quindi come nel sole e corpi molto caldi ed è legato alla legge di Stefan-Boltzmann che dipende dalla quarta potenza della temperatura T.

Nei nostri range di temperatura tipico (0-100°C) questo fenomeno è di poco conto.

é comunque da preferire una superficie del dissipatore lucente /riflettente in modo da riflettere le onde e.m. e non assorbirle,ad esempio tra un dissipatore nero opaco (massimo assorbimento) e uno cromato o lucidato è sicuramente da preferire il secondo.

La conduzione riguarda invece solidi e/o liquidi a contatto tra loro ma senza moto relativo.

La convezione invece si basa su un fluido che lambisce un altro solido o liquido, c'è quindi un moto relativo tra le parti in contatto.

Parliamo quindi nel caso dei dissipatori solo di convezione e conduzione.

Facciamo anche delle ipotesi per uno studio più agevole del tutto come sorgente a T costante (cpu/gpu) e flusso d'aria che lambisce il dissipatore a temperatura Tfe con velocità e densità abbastanza omogenea e costante.

Base dissipatore/base cpu.

Il primo scambio di calore lo abbiamo per conduzione tra la base del dissipatore e la base della cpu.

Qui lo scambio è condizionato dalla differenza di temperatura tra base dissipatore e cpu e dalla conducibilità termica della base, preferibilmente rame o metalli di vario genere e inoltre dalla qualità della superficie di contatto.

Se ad esempio si creano delle piccole bolle di aria nell intermezo dissi/base cpu ecco che vi trovate un fluido con conducibilità termica da 1000 a 10000 volte minore di quella del metallo della base, andando a isolare anzichè dissipare la cpu, ecco che nasce l'esigenza della pasta termica per creare una superficie di contatto ideale senza bolle e altri potenziali materiali isolanti che diminuiscono il flusso termico.

Il nostro obiettivo è minimizzare la resistenza al passaggio del flusso termico, dobbiamo cercare di avere quindi materiali con buona conducibilità termica nel contatto con la cpu.

Qui sopra un esempio di base di un dissipatore, si nota la ottima planarità e la finitura buona (non ottima in questo caso, qualche solco di lavorazione è rimasto) della base metallica e le heatpipes inserite all'interno.

Base dissipatore/Heatpipe

All'interno della base troviamo le heatpipes che come saprete contengono un liquido (o miscela di liquidi) in grado di bollire nel range di uso del dissipatore (20-80°C) asportando quindi ulteriore calore, visto che per far passare da liquido a gas il fluido interno dovrete fornire del calore , ma il fluido resterà a temp. costante durante il processo, consentendovi a parità di salto termico di assorbire piu calore.

Una volta che il gas piu leggero salira lungo le heat pipe si ritasformera di nuvo in liquido e ritornare alla base per assorbire di nuovo calore, un po come succede nei pannelli solari di ultima generazione (quelli a tubi per intenderci).

Qui sopra trovate il grafico di una fusione, analogamente all'ebolizione il fluido/solido continua ad assorbire calore ma rimane a temp.costante, ovviamente l'enrgia (sotto forma di calore) serve a rompere o ricreare (in base alla direzione del processo) i legami intermolecolari o eventuali reticoli cristallini.

Heatpipe/alette.

Veniamo ora alla parte interessante, ci troviamo queste belle heatpipe (ipotizziamole tutte a una temperatura costante, media pesata tra temperatura alla base e la temperatura alla fine delle heatpipe)...

Il nostro obiettivo è quindi dissipare il calore immagazinato nella miscela di liquido/gas imprigionata all'interno delle heatpipe.

Lo scambio termico si svolgerà nel seguente modo:

1)Convenzione tra la miscela fluido/gas delle heatpipe e il tubo della heatpipe stessa.

2)Conduzione nella direzione radiale del tubo e infine

3)Convezione tra esterno del tubo e aria in movimento all'esterno.

Dei 3 scambi sopra citati il piu sfavoritò è proprio l'ultimo, questò principalmente perchè la convezione dipende da un coefficente K funzione della geometria, dell'area di scambio, dalla velocità del fluido e della densità del fluido che lambisce, quindi la bassa densità e bassa velocità dell'aria vi porta ad avere un lato molto svantaggiato, ovvero il lato tubo/aria, mentre gli altri due scambi non risentono di questo problema avendo il rame una buona conducibilità termica e il mix di fluido e gas nelle heat-pipeuna buona densità.

Per migliorare lo scambio si introducono quindi le alette nel lato piu svantaggiato (Heatpipe-aria) al fine di aumentare la supeficie di scambio, potreste anche aumentare la velocità del fluido, ma per ovvi motivi di movimentazione del fluido e di rumore e turbolenze generate non è molto saggia come idea.

La nostra scelta e quella dei costruttori di dissipatori è quindi aumentare la superficie di scambio con delle alette.

Intuitivamente potete pensare che duplicando l'area di scambio, duplicate anche lo scambio termico, purtoppo così non è, visto che l'aletta non è a temperatura costante ma varia con la distanza dalle heatpipe e di conseguenza lo scambio non è doppio.

Dopo le tabelle andiamo a cercare di ricavare l'andamento di temperatura nell'aletta e lo scambio termico totale.

Vi riporto di seguito qualche valore di conducibilità termica di materiali che a noi interessano, valore in [W/m°C]

Vi do anche qualche valore di K, sono comunque da prendere abbastanza con le pinze, è il dato di progetto più difficile da stimare e su cui si basano però la maggior parte dei calcoli, come detto dipende da un sacco di fattori, come densità fluido, velocità fluido, geometria superficie lambita, anche dalla temperatura stessa.

Solitamente viene scelto un valore costante spesso definito attraverso appositi software che valutano appunto i parametri sopra citati.