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铜风扇测试之理论篇

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2001年03月14日16:59

第一部分：散热片材料

　　首先，还是从铜元素讲起吧：从测试成绩来看，铜风扇的性能仅次于富士康“驰风六号”，可见铜是一种很好的导热材料。记住，我们这里用了“导热”而不是用“散热”这个词！风冷的特点是尽可能把热量从CPU的核心传导到散热片上，真正散热是靠散热片上的风扇吹风实现的，空气流动带走热量，单位时间内风量越大则降温效果越好，当然，前提条件是散热片能尽可能地“导”出更多的热量。衡量散热片性能的标准是传热速率，衡量风扇性能的是散热速率。

　　为什么铜的传导性能如此出色呢？我们用数据来说明问题：

　　中学物理我们学过传热方式主要分为：热传导、热对流、热辐射等，衡量传热效率的依据主要是热传递过程中，传热载体（这里主要是散热器和空气流体）的导热系数或导热率、给热系数的大小。因为金属的特性决定了它是很好的导热体。

　　下面是空气和一些金属的导热率表格（卡/cm×s×摄氏度）（注：卡是衡量热量的单位，呵呵，大家不会这个都不知道吧？）

　　从这个表格可以看出银和铜是最好的导热材料（还有金，但因其过于昂贵，此处不作讨论），其次是铝、钨和镁。银、钨、镁贵于铜、铝，由于铜密度大，工艺复杂，价格也较贵，所以通常的散热器采用较轻的铝制成。

　　但铜的性能比铝好很多，请看下表：

　　铜VS铝比照表：

　　除了价格因素外，因为铜比较软，又不能像铝一样用浇铸的成型工艺，而只能用“拉拔”或机加工方式制造，生产困难，所以很少厂家有实力加工铜制散热片——连富士康开始几款散热器也不过是底部覆铜而已，但这样一来两种金属混接会降低导热效率，造成导热的不均匀性，自然不如全铜的散热片。全铜散热片的缺点是它容易氧化变黑，表面不光洁（除非用研磨的方法），前者基本不影响性能，后者可以用涂抹硅脂增大接触面的方法解决。

第二部分：散热片形状设计

　1、合理选择散热器的厚度和增大散热表面积

　　散热片形状设计相当重要，不知大家发现没有，新出的1G以上的风扇散热片都比较高，这是为什么呢？且让我们来分析一下：

　　在热传导中，导热系数表示在一秒内，温差为1摄氏度时能通过截面积为1平方厘米，厚度为1厘米的该导体的热量。导体的厚度越厚，传热截面越大，意味着单位时间内传递的热量就越多，就可增大传热量。换句话说，要使热量很快从CPU传到散热片，就要求散热片一方面要有较大的传热截面积，另一方面要有较大的厚度，使热容量（体积）增大。但散热片的尺寸不能无限制扩大——插座周围有很多像小烟囱管般林立的滤波电容，所以在CPU和散热片之间有很好的传热接触面情况下，对厚度有一定要求，使得散热片能容纳从CPU传过来的热量。

　　根据傅立叶传热定律，如图所示

　　横截面积为A，厚度为d的导热体，其传热速率为

　　Q/t=q=入A(T2-T1)/d………………………（1）

　　由（1）式可知，厚度d减小可提高传热速率，而储热又需要一定的厚度，因此合理选择散热片的厚度就显得很重要——不能太大，也不能太小，存在一个临界点，铜风扇可能是考虑了重量因素，现在的厚度不是很大，个人估计尚不在计算的临界高度上，但这样也有一个好处，不用担心CPU周围空间太小而安装不上。

　2、发挥良好的对流作用

　　热量要从散热片传到空气中进行的是对流式热交换，实质上是空气分子与金属边缘碰撞和空气分子之间相互碰撞作能量交换的结果。对流传热中，靠近散热片边缘的热传导作用大小与离散热片较远处的传导效果是不同的，内层称滞流层L，传导系数小；外层称湍流层F，传导系数大。其传热方程为：

　q=aA(T3-T2)…………………（2）

　　a为冷流体的给热系数，是一个综合了传导系数性质，并且与流体运动形态有关的系数。虽然我们不可能改变CPU与散热片接触的传热面积，但是我们可以增大从散热片向空气传热的面积，实际上增大了散热面积，即式（2）中的A增大是有利于提高传热速率和散热速率的。在保持散热片的重量不变，散热片的热容量不变的情况下，增大表面积的办法就只有改变散热器的形状。在音响散热器设计中，我们是用翅片、表面粗糙或螺纹等办法来增大表面积的，同时翅片方向也对散热有影响。另外，改变流体的运动形态，即滞流层变为湍流层，也会提高导热系数，这是因为（空气）分子的运动速度加快，碰撞的频率增大，热交换的次数增多，提高了热量从散热器壁传到空气中的传热速度，简单地讲，就是风道要合理。

　　对于垂直于管束的空气来说，强制对流的传热效果要好一些。

　　那么用散热片时，除了增加散热表面积A外，热量从散热片传向空气中的传热速率怎样提高呢？下图所示的管筒传热，在散热片上垂直钻孔，利用筒壁传热，加热孔筒中的空气，使空气温度升高，提高了导热系数，同时利用热空气往上运动，带动下部的冷空气也往上升腾的这一特性，可以不断的使冷空气从碰撞中获得热量，从而带走热量。

　　从金属壁传来的热量EQ,一部分转化为空气分子的内能，变成热空气分子，另一部分转化为空气分子的动能EQ',使空气分子从下口升到上口，则：

　　EQ'=mvv/2=mgh

　　这跟烟囱的道理是一样的。另外，管道的横截面与流体（空气）的流速关系可以表述为：

　　V1/V2=S2/S1

　　可见尽量减少流体流过管孔的横截面积S，使流速增加，即可使得流动性差的滞流层的空气分子运动速度加快，提高散热速率，而且也因减小管孔的截面，相对地增加了管孔的个数，使散热片的表面积增加，这是一举两得的方法，但管道内壁的处理上应不要太粗糙，否则会增加滞流层分子上行的阻力。我们来看看铜散热片，内部为增大散热面积而做出无数凸起，加上铜表面较毛糙——类似于管孔并成迷宫状向外扩展，

　　这就能把风扇吹来的风合理引导到散热片的每一个角落同时降低了噪音。

　3、增大辐射作用

　　在与空气接触的地方都应把表面做得粗糙点或具有螺纹（在管孔内壁），可增加热辐射作用，同时最好把表面喷漆成黑色，有利于增大辐射作用，想想看，夏天为什么大家都穿白衬衫呢？——这就是上文所说的即使铜风扇表面氧化变黑也不打紧的原因。

第三部分：风扇的散热效率

　　散热风扇的设计主要取决于：风扇转速和扇叶设计（包括大小，形状，材料等等），与之相关的指标有两个：风扇运行功率和单位时间内的风量大小。功率越大说明风扇干活的力气越大，我们通常可以看到风扇上标注的A（安培）和V（伏特）字样就可以看出它的功率，（功率计算公式请去翻阅初中物理书二年纪X章X页，哈哈），ATT风扇的转速很高，加上合理的外形，能有效带走热量。

　　上次在实战篇中笨笨熊的朋友测试到风扇转速仅为4千多转，后来笨笨熊收信后发现很多朋友都说这个数据是错误的，可是测试时笨笨熊看着的，数据不可能错！那么究竟哪里出了问题了呢？经过多方验证，原来是测试用的主板奔驰815E，在BIOS中的数据压根儿不对！用其它板测得的数据均在6400左右，唯独这块板少很多，让人搞不懂是怎么回事！

　　大家看一下正常转速时的截图就全明白了：

　　好了，6400的转速，在同类风扇中也是不错的了，如果把富士康风扇称为法拉利，那么ATT就是保时捷。我们把它和大名鼎鼎的“驰风六号”风扇作个比较：

第四部分：ATT风扇的优势

　　据我们了解，ATT风扇的可靠性是很高的，我们来看一下它的生产流程图：

　　　生产物料流程图：

　　　研究发展战略部，跟踪最新产品，如P4 1.5G，结合技术研究部最新的热量控制新科技原理，通过CAD/CAM完成设计 → 原料采购（监控）分类 → 高级工艺师（技师级工程师）结合先进柔性制造工艺，在全自动车床上加工生产 → 品质控制检测 → 销售部门（反馈成本核算） → 独家代理经销。重重把关，最后奉献给消费者质量可靠，值得信赖的产品。

　　这里需要提醒大家注意的，市面上所售金光灿灿的涡轮“全铜”风扇是假的，因为以铜这种材料，无法铸造出偏转涡轮形状，所以涡轮风扇不可能用全铜铸造，涡轮风扇是通过电镀的方法染色的！

　　结论：真正通过AMD认证可用于Athlon1.3G的散热器只有寥寥数款，ATT铜风扇有幸位列其中可见其实力之一斑，此外，铜风扇的用途很广阔，现在流行的BookPC因其紧凑的结构，也正使铜风扇大有用武之地。

·附表：各种铜材料对导热的影响

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