Đồng hay nhôm tản nhiệt?

Điều gì sẽ là một tản nhiệt tốt hơn để mua, đồng hoặc nhôm? Đồng làm gì mà nhôm không? Tôi biết nó đắt hơn và nặng hơn, vậy lợi thế của đồng là gì?

EDIT: chi tiết hơn về ứng dụng. Tôi cần một tản nhiệt cho một mô-đun peltier TEG, mặt mát mẻ. Nguồn sức mạnh chỉ đơn giản là sức nóng của bàn tay bạn, đến từ phía nóng. Để ngăn nó trung hòa cả hai mặt của tấm lót, tôi đang sử dụng tản nhiệt để làm mát phía bên kia. Do đó, tôi cần tản nhiệt mạnh nhất có sẵn để peltier sẽ tạo ra điện áp lâu hơn.

Bạn có rất nhiều thông tin tốt từ những người dùng ở trên! Vui lòng xem xét câu trả lời quan trọng và quan trọng của tôi đối với lời khuyên bạn đã có:

Vật liệu giao diện nhiệt (TIM) có thể quan trọng và thậm chí dễ dàng hơn nhiều so với vật liệu bạn chọn cho tản nhiệt của bạn! Tôi nói điều này từ kinh nghiệm và cá nhân thử nghiệm hàng chục loại và nhiều loại vật liệu giao diện. Ngân sách, phương pháp đính kèm và các chu vi thiết kế khác của bạn có thể sẽ thu hẹp lựa chọn của bạn một loại TIM cụ thể. Ví dụ: một miếng dán yêu cầu tản nhiệt phải được bảo đảm về mặt cơ học và chất kết dính thì không. Một số vật liệu lộn xộn và khó sử dụng nhưng hoạt động tốt và một số thứ ngoài đó gần như không có giá trị trong hiệu suất của nó và có thể hoặc không dễ sử dụng.

Tôi có thể tự tin nói rằng TIM bạn sử dụng có thể dễ dàng quan trọng hơn nhiều so với việc bạn sử dụng đồng hay nhôm. Không phải trong mọi trường hợp nhưng sự khác biệt hiệu suất có thể gây ngạc nhiên.

Tìm kiếm các tài liệu phổ biến và được đánh giá tốt cho CPU / Heatisinks có thể cung cấp cho bạn một số tùy chọn tốt để lựa chọn.

Chúc may mắn!

Đồng có độ dẫn nhiệt tốt hơn.

Nhôm - Đồng - (từ đây , cũng ở đây )$\mathrm{ 200 \frac {W} {m\cdot K} }$ 400W
$\mathrm{ 400 \frac {W} {m\cdot K} }$

Nhưng tính dẫn nhiệt trong vật liệu rắn chỉ là một phần của câu chuyện. Phần còn lại của câu chuyện phụ thuộc vào nơi người ta muốn đổ nhiệt vào.

Chất lỏng làm mát

Tản nhiệt bằng đồng (người ta cũng có thể gọi nó là khối truyền nhiệt) sẽ hoạt động tốt hơn nhôm.

Không khí có đối lưu cưỡng bức

Nói cách khác, có một chiếc quạt thổi vào tản nhiệt. Tản nhiệt bằng đồng sẽ hoạt động tốt hơn nhôm.

Không khí có đối lưu tự nhiên

Tôi đã tiết kiệm tốt nhất cho lần cuối. Có vẻ như đó cũng là trường hợp của OP.

Với không khí đối lưu tự nhiên , tản nhiệt bằng đồng chỉ hoạt động tốt hơn ¹ chút (tính theo ° C / W) so với nhôm. Điều này là do nút cổ chai không nằm trong quá trình chuyển kim loại. Khi bạn có không khí với sự đối lưu tự nhiên, nút cổ chai nằm trong sự chuyển đổi giữa kim loại và không khí, và nó cũng tương tự đối với Al và Cu.

¹ _{Tôi có thể nói thêm rằng mức tăng biên thường không xứng đáng với chi phí của Cu.}

Đường cong này thể hiện mối quan hệ phi tuyến tính giữa truyền nhiệt và dẫn nhiệt vật liệu. Các đường cong là chung chung. Nó áp dụng cho bất kỳ ứng dụng nào có cả thành phần dẫn và đối lưu cho tổng truyền nhiệt. [Bức xạ thường nhỏ và bị bỏ qua trong tính toán này.] Hình dạng của đường cong là như nhau bất kể ứng dụng. Các giá trị định lượng trên các trục không được hiển thị vì chúng phụ thuộc vào công suất, kích thước bộ phận và điều kiện làm mát đối lưu. Chúng trở nên cố định cho bất kỳ ứng dụng nhất định và các điều kiện. Rõ ràng từ hình dạng của đường cong truyền nhiệt phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt của vật liệu, nhưng cũng có một điểm, đầu gối trong đường cong, trong đó việc tăng độ dẫn nhiệt tạo ra sự cải thiện không đáng kể trong quá trình truyền nhiệt .
( nguồn , nhấn mạnh NA của tôi)

Phil đã liên kết một bài báo ECN so sánh nhôm và đồng trong không khí với sự đối lưu tự nhiên. Đây là một vấn đề khác: nếu chúng ta so sánh nhôm với vật liệu có độ dẫn nhiệt thấp hơn (không giống như đồng). Có một công ty sản xuất nhựa dẫn nhiệt. Nó có độ dẫn , nhưng đó là rất nhiều cho một loại nhựa. Họ đã so sánh nó với nhôm trong không khí với sự đối lưu tự nhiên.$\mathrm{20 \frac {W} {m\cdot K} }$

E2 là nhựa ( nguồn )

Đó là một câu hỏi phức tạp, với nhiều yếu tố. Hãy xem xét một số tính chất vật lý:

• độ dẫn nhiệt ( ) $\mathrm{W \over m\cdot K}$
  • đồng: 400
  • nhôm: 235
• Nhiệt dung thể tích ( ) $\mathrm{J \over cm^3 \cdot K }$
  • đồng: 3,45
  • nhôm: 2,42
• mật độ ( ) $\mathrm{g \over cm^3}$
  • đồng: 8,96
  • nhôm: 2,7
• chỉ số anốt ( ) $\mathrm V$
  • đồng: -0,35
  • nhôm: -0,95

Những tính chất này có nghĩa là gì? Đối với tất cả các so sánh tiếp theo, hãy xem xét hai vật liệu hình học giống hệt nhau.

Độ dẫn nhiệt cao hơn của đồng có nghĩa là nhiệt độ trên tản nhiệt sẽ đồng đều hơn. Điều này có thể thuận lợi vì các điểm cực của tản nhiệt sẽ ấm hơn (và do đó bức xạ hiệu quả hơn), và điểm nóng gắn với tải nhiệt sẽ mát hơn.

Công suất nhiệt thể tích cao hơn của đồng có nghĩa là nó sẽ cần một lượng năng lượng lớn hơn để tăng nhiệt độ của tản nhiệt. Điều này có nghĩa là đồng có thể "làm giảm" tải nhiệt hiệu quả hơn. Điều đó có thể có nghĩa là thời gian tải nhiệt ngắn dẫn đến nhiệt độ đỉnh thấp hơn.

Rõ ràng mật độ cao hơn làm cho nó nặng hơn, rõ ràng.

Chỉ số anốt khác nhau của các vật liệu có thể làm cho một vật liệu trở nên thuận lợi hơn nếu ăn mòn điện là một mối quan tâm. Cái nào thuận lợi hơn sẽ phụ thuộc vào những kim loại khác tiếp xúc với tản nhiệt.

Dựa trên các tính chất vật lý này, đồng dường như có hiệu suất nhiệt vượt trội trong mọi trường hợp. Nhưng làm thế nào điều này chuyển thành hiệu suất thực sự? Chúng ta phải tính đến không chỉ vật liệu tản nhiệt, mà cả vật liệu này tương tác với môi trường xung quanh như thế nào. Giao diện giữa tản nhiệt và môi trường xung quanh (không khí, thông thường) là rất quan trọng. Hơn nữa, hình dạng đặc biệt của tản nhiệt cũng rất quan trọng. Chúng ta phải xem xét tất cả những điều này.

Một nghiên cứu của Michael Haskell, So sánh tác động của các vật liệu tản nhiệt khác nhau đối với hiệu suất làm mát đã thực hiện một số thử nghiệm tính toán và tính toán trên các tản nhiệt bằng nhôm, đồng và bọt than chì của hình học giống hệt nhau. Tôi hoàn toàn có thể đơn giản hóa các phát hiện: (và tôi sẽ bỏ qua tản nhiệt bọt than chì)

Đối với hình học cụ thể được thử nghiệm, nhôm và đồng có hiệu suất rất giống nhau, với đồng chỉ tốt hơn một chút. Để cho bạn biết, ở luồng khí 1,5 m / s, độ bền nhiệt của đồng từ lò sưởi đến không khí là 1.637 K / W, trong khi nhôm là 1.677. Những con số này rất gần, sẽ rất khó để biện minh cho chi phí và trọng lượng bổ sung của đồng.

Khi tản nhiệt trở nên lớn so với vật được làm mát, đồng có lợi thế hơn nhôm do tính dẫn nhiệt cao hơn. Điều này là do đồng có khả năng duy trì sự phân phối nhiệt đồng đều hơn, rút ​​nhiệt ra các điểm cực hiệu quả hơn và sử dụng hiệu quả hơn toàn bộ khu vực bức xạ. Nghiên cứu tương tự đã thực hiện một nghiên cứu tính toán cho bộ làm mát CPU lớn và tính toán điện trở nhiệt 0,57 K / W đối với đồng và 0,69 K / W đối với nhôm.

Độ dẫn nhiệt của đồng cao hơn gần 60% so với nhôm. Điều này có nghĩa là tản nhiệt bằng đồng sẽ khá hiệu quả trong việc loại bỏ nhiệt hơn so với nhôm.

Những gì bạn chọn là một vấn đề thỏa hiệp: tản nhiệt alumimium rẻ hơn và nhẹ hơn, và vì vậy là lựa chọn đầu tiên cho thiết kế mục đích chung. Tuy nhiên, nơi bạn phải loại bỏ lượng nhiệt lớn trong không gian nhỏ, đồng có thể thích hợp hơn.

Tuy nhiên, không thể so sánh tuyệt đối giữa hai vật liệu mà không biết ứng dụng cụ thể và các ràng buộc khác của thiết kế cụ thể mà tản nhiệt phải được điều chỉnh theo.

Có những yếu tố khác cần lưu ý (bao gồm cả môi trường mà tản nhiệt phải "sống").

Đồng có khả năng dẫn nhiệt tốt hơn nhôm, nhưng cần xem xét sự liên kết nhiệt giữa nguồn nhiệt và tản nhiệt, và giữa tản nhiệt và "thế giới bên ngoài".

Ví dụ, tản nhiệt được kết hợp với không khí tự do thông qua các vây nhỏ? Hoặc nó được kết hợp với một loại chất làm mát chất lỏng chảy trong một ống? Là đối lưu liên quan đến quá trình loại bỏ nhiệt, hoặc là bức xạ nhiệt là cơ chế chính (nghĩ về các đầu dò không gian, như là một trường hợp cực đoan). Là môi trường có khả năng gây ra sự ăn mòn (thiết bị dưới nước; thiết bị bên trong một số lò phản ứng hóa học)? Một số hợp kim có khả năng chống ăn mòn nhất định hơn các loại khác.

Đồng có khoảng 50% và gấp đôi độ dẫn nhiệt của nhôm tùy thuộc vào hợp kim, do đó, đối với hiệu suất nhất định, tản nhiệt bằng đồng có thể bằng 'một nửa' kích thước của nhôm.

Tuy nhiên, đồng đắt hơn nhiều so với nhôm và hơi khó chế tạo, do đó tốn kém hơn khi sản xuất. Trong một số trường hợp, kích thước nhỏ là đáng để trả tiền.