关于风冷散热器的性能研究

关于风冷散热器的性能研究专题（都是分析风冷散热器）

主要是分析散热器的哪些构造影响散热性能，涉及到底座、热管、鳍片、风扇、工艺、大小和形状。

散热器主要功能是：把cpu表面的热快速传递到鳍片，再散发到空气中，起到降温的作用。从降温效率角度，涉及到以下几个方面：

（1）cpu表面温度-->热管上端温度，温差越小传热速度越快；

（2）热管温度-->鳍片温度，温差越小传热速度越快；

（3）鳍片温度-->空气温度，温差越大传热速度越快，鳍片面积越大散热越快。

所以，选择、安装或制造散热器，在不考虑大小、重量和成本的理想前提下，：

（1）尽量使cpu表面热量快速到达热管上端。

这需要底座平整如镜：

或使热管直接接触cpu表面：

或采用铜底座：

安装时不要过分挤压两端，导致底座拱起变形，不能与cpu表面完全吻合；

导热硅脂要均匀涂抹。

热管热量要快速到达鳍片：

可采用增加热管数目，采用较粗热管等办法。

（2）尽快使热管上的热量到达鳍片，并分布到鳍片的所有表面上。

--好的工艺使鳍片紧扣热管，不留间隙，尽快导出热管上的热量。

--采用导热更好的材料做鳍片，让热量快速分布到整个表面。目前基本都是铝质鳍片，少量铜质鳍片。--合理排列热管位置，让导热更有效。

（3）尽快把鳍片上的热量导入空气中。

保持适当风速。风速太低太高都不行，低了导热不够快，高了...摩擦生热，还有噪音。

尽量增大鳍片面积。越大越好。

保持机箱风道通畅，使空气保持低温。

利用工艺改变鳍片形状，使空气流动效率更高，如图所示：

下面分类详谈。

先谈谈热管，到底几根热管够用？是否越多越粗越好？

一般都是6mm粗的热管，粗的有8mm的，如果热管数量多，底座挤满了。对高发热量（如125W）的cpu来说，1根2根的是少了点，3根可能刚好足够，4根比3根有提高是肯定的，但随着根数的增加，从热管传热角度看，效率提升会越来越少。所以中低端散热器基本是3根4根。

对5根6根甚至8根热管的散热器来说，增加热管对进一步降低cpu表面与热管上端温差的效果不明显，多热管的作用更多在第二个环节：让热管更快向鳍片传热。4根和5根的热管，与鳍片的接触面积相差25%，传热速度也快了25%，这才是超过4根热管的目的。

不考虑鳍片端，对cpu端来说，多少根热管合适？

如果我们计算出一根热管传导热量的能力，那么多少瓦的cpu需要多少根热管就一清二楚了。

以一根6mm热管计算，取长度为10cm，这样好计算些，一根热管分两侧延伸，相当于两根在散热。

热管的导热能力随着温度提升而增加，是铜导热能力的8-25倍，我们计算一下cpu表面到热管与鳍片接触处的温差：

【假如cpu满载125W发热量】cpu表面温度较高，热管只有1根。

第一步：cpu表面到热管内部，要用1根热管传导全部的125W热量，热管内部蒸发端与CPU表面的温差会达到5°以上，做工差点温差会更大。

第二步：从热管底部到与鳍片接触处的凝结端，假设平均距离为10厘米，温差会在22°-70°之间，具体要看cpu温度，越高温差越少。

这样发现1根热管温差可达到27°-75°，传热效率非常低，当cpu70°了，鳍片与热管的触点上最大可能还只有40°，加上单根热管时的鳍片散热效果也会奇差（这会在后面分析），夏天没法散热了，cpu奔100°的概率很高啊。

【结论是：1根热管是不行的。】

如果是2根热管，那么上面第一步中的5°会降低到3°左右，而第二步中的温差也会变为11°-35°之间，整体温差14°-38°，冬天完全可以一战，夏天比较勉强，cpu表面70°时，鳍片与热管触点处大概50°，非常勉强。【结论是：2根热管冬天还可以一战，夏天很辛苦。】

3根，整体温差降为9°-25°，已经很不错了，夏天cpu表面上70°后，鳍片与热管触点处大概55°左右，散热会比较正常。

【结论是：3根热管冬天完全没问题，夏天，只要散热器无缺陷，可以应付cpu持续满载。】

4根，整体温差降为6°-19°，夏天cpu表面上70°后，鳍片与热管触点处大概60°左右，散热完全正常。【结论是：4根热管不用担心125W的CPU持续满载。】

现在新的问题来了，超频需要几根热管，以及1-4根热管时鳍片的散热效果又如何，稍后分析。

再来看鳍片：

选购散热器时，与鳍片有关的有三点：鳍片与热管接触好不好、鳍片总面积大不大、鳍片构造是否有利于导热和散热。

（1）鳍片与热管的接触。各家制造商工艺比拼的一个地方，接触不好导致热管和鳍片之间温差大，反之温差小。（本贴的后面应该有关于温差的量化分析，除非写不下去了，请多多支持）

看这图，铜壁似乎紧紧被铝环给扎住了，传热应该没问题：

可是，放大看看，空隙很大，影响传热：

（2）鳍片总面积。如果是大机箱，自然是散热器越大鳍片总面积也越大，面积=单片面积*2*片数，比如某款高15厘米多的双塔散热器，散热面积达到0.83平方米，单塔的也会达到0.6平方米左右；而12厘米多点的适合17厘米厚度以下的小机箱，散热面积0.35-0.45平方米，小了很多。一般我们看重量就可以知道散热面积的大小。

所以，买散热器，如果机箱放得下，尽量买大些的。

（3）鳍片构造。好的有利于散热。

下图，鳍片间隔不匀，不利于散热：

下图这款，每片鳍片侧面扣在一起，挡住侧漏的风，有利于散热：

不一一列举了，反正厂家各显神通，设计五花八门。

下面改变写的方法，用实际数据来分析散热效果。q9550s用的是纯铝小散热器，就首先用这来分析：

这是一款没有热管的纯铝小散热器，直径10厘米，风扇大小8厘米，鳍片分两部分从底座两侧延伸出来。如果把鳍片捏在一起，传热截面积大约是6-7平方厘米。

我们知道铝的导热系数是237，也就是说一厘米长的铝，两端温差1°时，每平方厘米的截面积能传导2.37W 的热量，那么我们这款纯铝小散热器，它的传导能力是每厘米每度温差传热：2.37*7=16W。

可是q9550s的最大功率是65W，所以，每厘米需要65/16=4°的温差。

鳍片下窄上宽，由于风扇吹力不均匀，取平均3厘米的传导距离，温差在12°。

散热时，风扇空气经过鳍片，鳍片有效散热总面积约为0.13平方米，大约散热能力是2.6W/度，65瓦需要温差25°。

这样得到下面的结果，在cpu满载65W时：

（1）cpu表面与鳍片保持温差12度；

（2）鳍片与空气必须保持25度温差才能完全散热。

【结论】