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DIY水冷系统

在实验室里发现了一台铣床,当然要物尽其用,本人本着科学的测试原则进行了一次DIY实验。作为一名物理系本科生,偶尔玩下工科的东西还是挺有趣的。

 
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DIYer: F14r3
制作时间: 1天
制作难度: ★★★☆☆
GEEK指数: ★★★☆☆
 

1   材料和工具

  • 最主要的铣床 milling machine Roland MDX20,这里是产品的 详细参数
  • 一个铜块(60mm×60mm×4.5mm),抱歉我只找到了黄铜的,要是纯铜散热效果会更好。还有一个铝块,是用来调整和做练习用的。
 
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  • 水冷系统 Thermal Bigwater 760is
 
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  • 导热硅脂
 
  • 一些密封用的硅胶
  • 家用吸尘器(一定要有哦)
 

测试用工具:

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  • 热电偶和万用表和一块铜散热片
 
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  • 电源,以及一个加热器,可以用来加热铜散热板
 

2   散热块设计

先推荐几个网站

Koolance Liquid Cooling Guide

Thermaltake Water Cooling Kit

还没学过流体力学,对伯努利方程的了解仅限于文丘里效应(Venturi effect),就是指在流体在管道的窄处压强会降低。水冷系统目的是为了带走CPU散发出来的热量,那么主要的指导思想就是增加和水接触的表面积和水的流速。湍流也有利于带走热量,水分子撞击铜块表面越剧烈,热交换也就越高效。

 
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  • 我的设计

因为进出水管的内直径是1/4英寸(6.35mm),所以图上的两个大圆圈是给入水出水用的。中间的波浪型凹槽是主要构造,用来带走热量,它们应该更弯一些(与上边成30度的样子),这样从入水到出水可以更加流畅。为了控制流速以及压强基本一致,在散热块的底部增加了一个斜坡,这样水从浅(-3mm定义上表面为0mm)到深处(-3.5mm),压强增加。而且横截面越来越窄,希望在尾端提升速度。两个小圆原本以为可以形成一个漩涡,这样水在那里打转,可以带走一部分热量,后来发现是个鸡肋。 注意你的设计要考虑到钻头的大小,我只找到了一个直径4mm的钻头,那么就是说所有的间距应该在4.5mm以上。

设计用的是solidwork 2009。我之前从未用过这个软件,花了3个小时才把这个简单的设计完成。而且那个底部斜坡怎么都做不出啦,后来是通过在x-z侧面切开一个方形,然后画一个三角形拉伸到表面上。真是曲线救国啊,我还记得这个成语哦。

 

3   铣床加工

使用的软件是自带的Roland Modela Player 4 Milling Software 。总之就是对着帮助一个一个按。 记得先吧设计图存成 .STL格式哦。

设定模型时注意XYZ的方向,不然很容易弄错正反面。铜块尺寸为 60×60×4.5mm。人为设定一个0高度面,记得在铜块表面留一点空隙,这样第一次移动钻头覆盖整个铜块时不会刮伤铜块。

操作流程:新操作New Process-粗加工Roughing (有时间可以用精加工可以选fining)-部分切割Partial Cutting Area(节约钻头移动的时间)-等高线切割Contour Lines Cutting(从上往下一圈一圈钻)。然后确定切割位置cutting position,告诉钻头我的样品在哪,因为样品台不是很平,所以要调整很久。然后就可以开始了。

不过用铝块一锯,还是成了这样:

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  • 这说明右侧偏高啊。

再调整,然后就上黄铜了。满地尽是黄金甲哦,记得随时拿吸尘器吸走碎削

 
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等上4个小时就完工咯。

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4   实测性能

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从别的实验室弄来了一个Watlow E1A51加热器。

涂上导热硅胶和加热用的铜块连在一起。

用卡钳夹个三明治,顶部和有机玻璃罩接触的地方可以涂些硅胶,防止漏水。

 
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开水冷时不是很炫,加水时应缓慢,然后等10来分钟让水管里的气泡被带到加水口,可以用手弹水管让气泡跑出来。

 
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因为缺乏参照体系,只能给出一个大概的图像。

 
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室温26度,

电压30V,电流0.18A的时候被加热的铜块温度是29.0度

电压65V,电流0.38A的时候被加热的铜块温度是40.8度

电压100V,电流0.58A的时候被加热的铜块温度是61.6度

偷个懒,还没做输入热量的计算,加热器的说明书还没读呢。趋势看上去是不错啦。

后续分析一定补上。

 

5   扩展思考

如果不用黄铜用纯铜效果会更好吧。

导热硅胶的导热性(我用的Arctic Silver 5 只有8.89W/mK)比金属(纯铜390W/mK )差多了,不要涂太厚。他的目的只是填补铜块间的空气空隙,增加接触面积罢了。因为空气导热性要比硅胶差两个数量级。而且最好持续运转几天,很多厂商说导热硅胶达到最佳效果要运行72小时以上。

实机测试前一定要确保你的设计达标。根据 “Intel® CoreTM2 Duo Desktop Processor: Thermal and Mechanical Design Guidelines”,需要的热量特征参数要达到 0.29degree/W 或更低才行。我这里只是在Linux下测试GPU的散热而已,所以适度降低了标准,实验数据为0.338 ± 0.006degree/W。

 

6   后记

感谢老爹老娘老姐的理解,让我把假期的两个月拿来做研究。下周就回家咯, I miss you all.

 

7   DIYer签到处

 

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The End

发布于2012-07-18, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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