研究CPU散热器.docx

这阶段都在研究 CPU 散热器，终于结束了，想写一个总结，找了一下贴吧，与CPU 有些关系，就发到这里来了水平有限，错误难免，请指出特别是有使用经验的人，认为我所写内容与实际使用感觉不符的，务必指出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1.对于正在导热的导体，导体内温度梯度越小，则导体导热越良好2.对于导热体与热源接触，则二者温差越大导热越好要注意区分导热的对象)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，越高温差越少这里需要补充：在第二步中提到热管底部和上部的温差，如果是单根热管传热，温差会达到 22°-70°，实际上靠近前端，也就是 22°-35°，这是因为温度越高热管传热性越好，温差就越少同样 2 根热管时虽然计算结果温差在 11°-35°之间，实际取 11°-20°足够，3 根 4 根也一样去靠近小的数值。

)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既然 15 楼提到了他的 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】冬天 10°室温时，cpu 一般高负荷使用，保持温度 40°左右，极限高温 47°夏天 30°室温时，cpu 一般高负荷使用，保持温度 60°左右，极限高温 67°所以对 65W 功率的 cpu 来说，小散热器绝对够用了现在四热管的散热器很便宜了，我查了一下网价，普遍在 70-100 元之间，高富帅的也在 150 以内（话说这样的价格普通 6 热管都买来了） 。

以四热管压制 125W 为例，对 95W、84W 的 U 也有参考价值传热分为四步：（1）从 cpu 到热管底部；（2）从热管底部到热管与鳍片接触点；（3）从热管接触点到鳍片；（4）从鳍片到空气其中（1） （2）两步直接引用上面第 8 楼写过的结论：4 根热管，整体温差降为 6°-19°不过考虑满载高温状态，温差应在【6-10°】左右下面分析（3）从触点到鳍片怎样传热：上图是某品牌的散热器，我们假设这是一个 12 厘米高的小型散热器，每片鳍片面积是 47.5 平方厘米，共有 40 片，那么总面积是 47.5*40*2=【0.38】平方米如果把 40 片鳍片合起来，厚度是多少呢？每片 0.4 毫米，那么总厚度是 1.6 厘米，够厚的高温点在 8 根热管附近从热管往鳍片传热分为两步：第一步、热管向附近 0.5 厘米处扩散，此时热量比较密集；第二步、热量在热管附近形成近似条状向两边传递我们先看第一步：每根热管需要传递的热量为 125/8=15.625W，但是接触面积却只有0.6*3.14*1.6=3 平方厘米（0.6 是热管直径） ，随着热量扩散，面积增大，取平均 3.3平方厘米，扩散 0.5 厘米后的温差为 15.625/3.3/0.5/2.37=4°（2.37 是铝的导热系数） 。

这样得到结论，热管触点传递到附近鳍片温差为【4°】接着是第二步传热，可以近似看作这样的传热过程（见下面的蹩脚示意图）：图有些不准确，数值设为好算点的整数值，热管排列也很整齐，这样好算些橘黄色的两条是上述第一步的热量传递区域，接着热量从橘黄区域传向黄色区域，再传向绿色区域先看 1、从橘黄区域传向黄色区域：四个截面同时传递，因此每隔区域需要传递125/4=31.25W 的热量上面已经算好了厚度，因此截面积=5*1.6=8 平方厘米铝的导热系数 2.37，所以从橘黄区域向黄色区域传导 31.25W 的热量，需要温差=31.25/8/2.37=1.65°接着 2、从黄色区域传热到绿色区域，只需传递 16W 的热量即可，那么温差是0.8°得到结果】如果热管温度为 C，那么，橘色区域温度为 C-4，黄色区域温度为C-5.65，绿色区域温度为 C-6.45最后分析本楼最上面提到的（4）从鳍片到空气的传热：有个表面导热公式，大意是：每度温差，每平方米可以散发多少热量对于散热片来说，风速不同，表面状态不同，表面导热系数也不同，我们取 20 来计算由于该款散热器总散热面积上面计算得到是 0.38 平方米，所以每度温差可以散热0.38*20=7.6W，总共需要散热 125W，必须保持 125/7.6=16°的温差。

考虑到空气带走热量，自身也要升高 6°左右，所以平均需要高 20°才行这就是我们的【结论】 ，当 125Wcpu 满载时，4 根 6mm 导热管的散热器：1、鳍片平均温度比空气温度高 20°（实际上由于风力不能充分作用在所有鳍片表面，实际需要 25°的温差才行） ；2、热管温度比鳍片要高 6°；3、cpu 表面温度比热管要高 6-10°假设，夏天室温是 30 度，机箱温度是 35 度（如果散热稍差，机箱内达到 40 度以上都有可能） 那么鳍片平均温度为 55°，热管 61°，cpu 表面温度达到 67-71°（考虑风扇散热效率还需加 5°） 这就是结论，不知道你的 4 管散热器（12 厘米多点的小散热器）能否在盛夏镇压住 125W 的 CPU？(这楼有一个严重错误：15.625/3.3/0.5/2.37=4°错了，应该是15.625/3.3*0.5/2.37=1°，这个错误太严重了，考虑到触点的接触效率，最多 2-3°温差，误差在 1-2°，请估算时自己加以修正 （对整体温度差 1-2 度还可以接受）就是说，本楼结论中的第 2 点“2、热管温度比鳍片要高 6°”，要改成“高 4-5°”)根据上面描述小结一下：不超频的情况下，小机箱（17 厘米厚度以内）只能装 13 厘米以内的散热器。

如果以 cpu 表面 75 度为限制条件，那么125W 可以使用 4 热管正常压制，3 热管夏天勉强可度过，2 热管的迷你型只有冬天能熬一下，而无热管的办公使用马马虎虎95W 可以使用 3 热。