Дипломная работа посвящена сравнению конвективного и одноступенчатого термоэлектрического способов охлаждения персонального компьютера



страница2/3
Дата17.02.2017
Размер3.33 Mb.
Просмотров617
Скачиваний0
ТипДипломная работа
1   2   3

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

В состав экспериментальной установки входят:



  • системный блок персонального компьютера;

  • монитор;

  • модуль Пельтье.

Характеристика системы представлены ниже в таблицах 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 и 2.5. А характеристика модуля Пельтье в таблице 2.6.


Таблица 2.1 – Техническая характеристика материнской платы ECS G31T-M7 [13]


Процессор

Сокет

Поддерживаемые типы процессоров

Системная шина

Поддержка многоядерных процессоров



LGA775

Intel Core2 Duo/Pentium Dual-Core/Celeron Dual-Core/Celeron 400 series

800 МГц - 1333 МГц

2-х и 4-х ядерные процессоры




Чипсет

Чипсет

Bios


Поддержка SLI/CrossFire

Intel G31

AMI c возможностью аварийного восстановления

Не поддерживает


Память

Количество слотов памяти

Двухканальный режим

Максимальный объем памяти

Память


2

Поддерживается

4

DDR2 DIMM, 667 - 800 МГц



Контроллеры дисков

IDE

SATA


количество слотов: 1, UltraDMA 100

количество разъемов SATA 3Gb/s: 2, RAID: нет



Слоты расширения

Слоты расширения

1 × PCI-E х16

1 × PCI-E х1

1 × PCI


Аудио

Звуковые характеристики

Встроенный видеоадаптер



7.1CH, HDA, на основе VIA VT1708B

на основе Intel GMA 3100



Разъёмы

Интерфейсы
Разъёмы на задней панели

Основной разъём питания

Разъём питания процессора


6 USB, 1xCOM, D-Sub, Ethernet, PS/2 (клавиатура), PS/2 (мышь), LPT

4 USB, D-Sub, Ethernet, PS/2, PS/2

24-pin

4-pin


Продолжение табл. 2.1


Сеть интернет

Ethernet

10/100 Мбит/с, на основе Atheros AR8112

Дополнительно

Форм-фактор

Micro-ATX

Таблица 2.2 – Техническая характеристика микропроцессора Pentium (R) Dual Core CPU E5400 2.7 GHz [14]




Основные характеристики

Производитель

Модель


Назначение

Корпус


Частота шины CPU

Рассеиваемая мощность

Критическая температура


Intel

E5400


Сервер, настольный ПК

FC-LGA6


800 МГц

65 Вт


85 С

Процессор

Тактовая частота

Сокет


Количество процессоров на материнской плате

Ядро


Кэш L1

Кэш L2


Поддержка Hyper Threading

Поддержка 64 бит

Количество ядер

Множитель



2,7 ГГц

LGA775


1
Wolfdale

64 Кб × 2

2048 Кб

Не поддерживает



Поддерживает

2

13,5



Дополнительно

Количество транзисторов

Техпроцесс

Напряжения питания

Размеры


Вес брутто

228 млн

45 нм


1,36 В

37 × 37 × 05 мм

24 г

Таблица 2.3 – Техническая характеристика видеокарты NVIDIA GeForce 9500 GT [15]




Характеристика GPU

Ядро

Частота ядер

Процессор

Скорость заполнения текстур



G96

550 МГц


1400 МГц

8,8 млрд/с



Характеристика памяти

Частота памяти

Конфигурация памяти

Шина памяти

Пропускная способность памяти



800 (GDDR3)

1024 Мб


128 бит

25,6 Гбит/с




Спецификация мониторов

Поддержка нескольких мониторов

Максимальное разрешение цифрового монитора

Максимальное VGA разрешение

Стандартные разъёмы монитора

Аудио выход для HDMI


Поддерживает
2560×1600
2048×1536
Dual DVI, Single Link DVI, HDMI
SPDIF

Мощность и температура

Максимальная температура GPU

Максимальная мощность видеокарты

Минимальные системные требования по питанию


105 С
50 Вт
350 Вт

Таблица 2.4 – Техническая характеристика жёсткого диска ST3320418AS [15]





Общие

Объём накопителя

Объём буферной памяти

Скорость вращения

Прошивка


320 Гб

16 Мб


7200 об/мин

HP35


Производительность

Максимальная скорость интерфейса

Буферизированная скорость чтения

Средняя скорость чтения


300 Мб/с
215 Мб/с
99 Мб/с

Продолжение табл. 2.4


Производительность

Среднее время доступа

Кэш-буфер



15,26 мс

16 Мб


Механика/Надёжность

Количество датчиков

Ударостойкость при работе

Уровень шума работы

Длительность полной самодиагностики

Максимальный предел температуры

Максимально рекомендуемая температура

Полная дефрагментация диска


21

70 G


27дБ

64 мин
55 С


50С
62 мин

Дополнительно

Потребление энергии

Размеры (ширина × высота × глубина)

Вес

Форм-фактор HDD



8 Вт

102 × 20 × 147 мм


540 г

3.5″

Таблица 2.5 – Техническая характеристика блока питания KY500 ATX [16]


Общие

Мощность

Система охлаждения

Стандарт

Диаметр вентилятора



500 Вт

1 вентилятор

ATX12V 2.1

120 мм


Разъёмы

Тип разъёма для материнской платы

Количество разъемов 6+2-pin PCI-E

Количество разъемов 15-pin SATA

Количество разъемов 4-pin CPU

Количество разъемов 4-pin IDE

Количество разъемов 4-pin Floppy



20+4 pin
1
3
1

3

1



Продолжение табл. 2.5




Сила тока

Ток по линии +3.3 В

Ток по линии +5 В

Ток по линии +12 В 1

Ток по линии -12 В

Ток по линии +5 В Standby


26 A

30 A


18 A

0.5 A


3 A

Дополнительно

Размеры (ширина × высота × глубина)

Вес


Защита

142×85×150 мм
1,4 кг

От перенапряжения, короткого замыкания


Таблица 2.6 – Характеристика модуля Пельтье TEC1-12706 [17]




Основные характеристики

Номинальная мощность

Максимальная мощность

Номинальное напряжение

Макс. напряжение

Максимальный ток

Размеры


Максимально допустимая температура

60 Вт

72 Вт


12 В

15.4 В


6 А

40×40×3,6 мм


138 С

Таблица 2.7 – Физико-механические и электрофизические характеристики термопасты КТП-8 [18]




Теплопроводность, Вт/м∙К

1,0 (при 100 С)

Удельное объёмное электрическое сопротивление, не менее, Ом∙см

1014

Электрическая прочность, кВ/мм

2 – 5

Рабочие температуры, С

-60 ÷ +180

Состав (основные наполнители)

Оксид цинка

Цвет термопасты

Белый

Рис 3.1 – Модуль Пельтье


Рис 3.2 – Общий вид экспериментальной установки





  1. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Проведение эксперимента конвективного и термоэлектрического способов охлаждения происходит в обычном помещении с температурой 22 С и относительной влажностью 53%, что максимально близко к реальным условиям.

Основой для любого сравнения является аналогичность условий. Поэтому эксперименты проводятся в максимально одинаковых условиях. Для достижения наилучших результатов экспериментов систему прогревают достаточно долгое время.

Для проведения экспериментов выбираем компоненты с наиболее высокой тепловой мощностью. В таблице 3.1 представлены компоненты системного блока и их тепловая мощность.


Таблица 3.1 – Параметры тепловыделения компонентов среднестатистического системного блока, при высокой вычислительной нагрузке[19]


Наименование компонента

Тепловая мощность

Центральный процессор

50 ÷ 150

Материнская плата

25 ÷ 60

Модуль памяти

20 ÷ 30

Видеокарта

40 ÷ 120

Жёсткий диск

45 ÷ 55

Оптический привод

20 ÷ 25

Блок питания

50 ÷ 100

Суммарное тепловыделение

250 ÷ 540

Наиболее высокое тепловыделение у компонентов системного блока:



  • Центральный процессор

  • Материнская плата

  • Видеокарта

  • Жёсткий диск

  • Блок питания

Исследования и опыт прошлых лет показывает, что с развитием вычислительной техники, также развивается и система охлаждения. Однако для долгой работы системного блока при высокой вычислительной нагрузке, стандартная система охлаждения в большинстве своём случае не справляется со своей задачей. За исключением систем охлаждения для блока питания и материнской платы. Следовательно, проводить эксперименты будем с центральным процессором, видеокартой и жёстким.

Если у процессора и видеокарты тепловая мощность довольна высока, то у жёстких дисков не такая высокая. Однако диапазон, при котором работает жёсткий диск, в разы отличается, чем у процессора или видеокарты.

Уязвимость жёстких дисков заключается в том, что внутри корпуса над поверхностью вращающихся пластин скользят подвижные магнитные головки, управляемые высокоточной механикой. За счёт них происходит чтение и запись данных. При нагревании материалы, из которых сделаны компоненты диска, расширяются. Механика и электроника жёсткого диска справляются с тепловым расширением только при рабочем диапазоне температур. Если происходит превышение допустимых переделов по температуре, то головки жёсткого диска могут «промахиваться», записывая данные, не там, где нужно до тех пор, пока компьютер не будет выключен. При включении компьютера, остывший жёсткий диск будет считать данные утерянными, которые были записаны в перегретом состоянии. В таком случае информацию удаётся спасти только при помощи сложного и дорогостоящего спецоборудования. Если температура превышает 50 С, то необходимо задуматься об охлаждении жёсткого диска. [19]

В итоге для проведения экспериментов были выбраны следующие компоненты системного блока:



  • Центральный процессор

  • Видеокарта

  • Жёсткий диск

Проверка центрального процессора происходит с помощью программы OCCT Perestroika, которая представляет собой инструмент для диагностики и тестирования стабильности. Программа по отдельности тестирует процессор и подсистемы памяти, графическое ядро и видеопамять, а также снабжена функциями мониторинга.

Перед запуском программы, которая загружает центральный процессор или графический процессор происходит мониторинг системы, который длится 1 минуту. По завершению мониторинга начинается эксперимент, основным результатом которого является максимальная температура, которая была достигнута в ходе проведения эксперимента. После её достижения нагрузка прекращается, и система находится в состоянии простоя. По достижении стабильной минимальной температуры фиксируется и этот показатель.

Для того чтобы нагрузить жёсткий диск достаточно копировать файлы, открыть все возможные программы на компьютере, поставить антивирус на проверку системы и т.д. Температуру во время эксперимента показывает программа Hardware Monitor.

Все данные о температурных показателях центрального процессора берутся с соответствующего датчика материнской платы, для графического процессора температурные показатели берутся с датчика видеокарты, а для жёсткого диска с датчика, расположенного внутри самого диска.

Составной частью любой охлаждающей системы является термоинтерфейс – компонент, через который осуществляется термоконтакт между тепловыделяющим и теплоотводящим устройствами. Термопаста эффективно обеспечивает перенос тепла. [19]

Информация об используемой термопасте указана в предыдущей главе.

Исследования также показывают, что у многих термоинтерфейсов с течением времени могут изменяться те или иные свойства. Таким образом, эффективность может либо улучшаться, либо ухудшаться. Для того чтобы изменения не влияли на сравнимые показатели разных способов охлаждения (смена платформы в ходе эксперимента) термоинтерфейс наносится вновь. Это приводит к тому, что во время проведения экспериментов всех систем охлаждения термоинтерфейс остаётся свежим, а значит, обладает одинаковыми свойствами [12]. А также снятие термопасты осуществляется с помощью спирта, что приводит к полному очищению крышки центрального процессора, графического процессора, жёсткого диска, а также термоэлементов.

Рис. 3.1 – Интерфейс программы OCCT Perestroika

Поскольку с одной стороны элемент Пельтье охлаждается, а с другой нагревается, тепло необходимо отводить, для этого к горячей стороне термоэлемента крепим радиатор с кулером. Это позволит уменьшить выделяемое тепло, что приведёт к улучшению показателей на стороне охлаждения термоэлемента.

Время проведения эксперимента составляет 60 минут для каждого способа и компонента системного блока. Для лучших результатов проверка происходит 3 раза, берутся средние значения, и строится график зависимости изменения температуры от времени, на котором отчётливо виден результат эффективности охлаждающей системы.


Рис. 3.2 – Интерфейс программы Hardware Monitor

Рис. 3.3 – Нанесение термопроводящей пасты

Рис 3.4 – Расположение термоэлемента Пельтье в системном блоке, при проведении экспериментов





  1. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Сравнительный анализ конвективного и одноступенчатого термоэлектрического способов охлаждения центрального процессора ПК


Из рис. 4.1 видно, что начальная температура центрального процессора составила 37 С. После того, как программа загрузила процессор на 100 % виден резкий скачок повышения температуры в первые 6 минут эксперимента, однако дальше температура стала плавно повышаться и понижаться. За время эксперимента, который длился 60 минут заметно, что средняя температура приблизительно составила 45,5 С, максимальная 47,9 С; а критическая температура процессора составляет 85 С (табл. 2.2).

Из рис. 4.2 видно, что начальная температура центрального процессора составила 37 С. Затем программа загрузила процессор на 100 %. Так на протяжении всего эксперимента виден скачкообразный график, это означает, что происходило резкое повышение и понижении температуры. Эксперимент не был проведён до конца, поскольку на 270 секунде (4,5 минуте) температура повысилась до 80 С, программа сняла нагрузку с центрального процессора, чтобы не сгорел.

На рис. 4.1, 4.2 представлены графики изменения температуры центрального процессора персонального компьютера конвективным и однокаскадным термоэлектрическим способами охлаждения с применением кулера.

Рис. 4.1 – График изменения температуры центрального процессора

конвективным способом охлаждения с применением кулера

Рис. 4.2 – График изменения температуры центрального процессора

однокаскадным термоэлектрическим способом охлаждения с применением кулера
4.2 Сравнительный анализ конвективного и одноступенчатого термоэлектрического способов охлаждения видеокарты ПК
Как и в предыдущем опыте, начальная температура составила 37 С.

У конвективного способа охлаждения видеокарты (рис 4.4) видно, что за первые 18 минут эксперимента происходило только повышение температуры. Далее понижение или повышение температуры происходило приблизительно в диапазоне от 72 С до 76,4С. Что характерно, как и в предыдущем опыте с конвективным охлаждение процессора график получился в достаточной степени плавным. Средняя температура охлаждения составила 74,2 С.

У термоэлектрического способа охлаждения видеокарты (рис 4.3) видно, что в первые 6 минут происходил только нагрев. Затем на отрезке времени от 6-и до 18-и минут заметны скачки на графике (перепады температур), тем не менее, нагрев продолжал расти. После 19-ти минут эксперимента температура начала понижаться и график приобрел более плавный вид. Максимальная, а также средняя температура составила 66,5 С и 63 С соответственно.

На рис. 4.3 и 4.4 представлены графики изменения температуры видеокарты персонального компьютера конвективным и однокаскадным термоэлектрическим способами охлаждения с применением кулера.


Рис. 4.3 – График изменения температуры видеокарты однокаскадным

термоэлектрическим способом охлаждения с применением кулера

Рис. 4.4 – График изменения температуры видеокарты конвективным

способом охлаждения с применением кулера

4.3 Сравнительный анализ конвективного и одноступенчатого термоэлектрического способов охлаждения жёсткого диска ПК


Далее рассмотрим график конвективного способа охлаждения жёсткого диска, на котором видно, что постепенное увеличение температуры происходит с начала эксперимента и до 18-й минуты. Затем происходит плавное понижение и повышение температуры приблизительно от 51 С до 54 С до конца проведения опыта. Что является выше максимально рекомендуемой температурой (табл. 2.5).

Далее рассмотрим график термоэлектрического способа охлаждения жёсткого диска, на котором видно, как и в предыдущих экспериментах, что охлаждение и нагрев происходит скачками температуры. Начиная с 12-й минуты температура увеличилась до максимальной и составила приблизительно 44,3 С, а средняя же составила 43,4 С.

На рис. 4.5 и 4.6 представлены графики изменения температуры жёсткого диска персонального компьютера конвективным и однокаскадным термоэлектрическим способами охлаждения с применением кулера.

Рис. 4.5 – График изменения температуры жёсткого диска конвективным

способом охлаждения с применением кулера

Рис. 4.6 – График изменения температуры жёсткого диска однокаскадным термоэлектрическим способом охлаждения с применением кулера


Таблица 4.1 – Различные температурные показатели исследуемых компонентов системного блока


Исследуемые компоненты системного блока

Температура, С

Требуемая

Максимальная

Критическая

Процессор

50

80

85

Видеокарта

70

85

90

Жесткий диск

45

50

55

Рис. 4.7 – Диаграмма сравнения экспериментальных температур охлаждения конвективным способом с требуемыми


Рис. 4.8 – Диаграмма сравнения экспериментальных температур охлаждения однокаскадным термоэлектрическим способом с требуемыми

Таким образом, при сравнении результатов, приведённых на рисунках 4.7 и 4.8 можно сделать вывод по каждому компоненту системного блока отдельно.

Центральный процессор, при охлаждении конвективным способом показал температуру ниже рекомендуемой, следовательно, этот способ охлаждения является эффективным. В то время как однокаскадный термоэлектрический способ провалил эксперимент, нагрев процессор до максимально допустимой температуре (80 С), следовательно, этот способ охлаждения неэффективен.

Видеокарта, при охлаждении конвективным способом, максимально нагрелась до 76,4 С, что является допустимой температурой для данного компонента системного блока, однако при длительной и частой работе с таким показателем температуры, устройство может начать изнашиваться быстрее, чем обычно. Однокаскадный термоэлектрический способ охлаждения показал удовлетворительный результат, при котором устройство будет работать стабильно.

Жесткий диск, при охлаждении конвективным способом максимально нагрелся до 54,1 С, что является крайне нежелательной температурой для данного компонента. Длительная работа с таким показателем температуры в крайние сроки выведет из строя жёсткий диск, следовательно, конвективный способ охлаждения является неэффективным. Охлаждение однокаскадным термоэлектрическим способом показал максимальную температуру 44,3, что является рекомендуемой для данного компонента системного блока. Следовательно, однокаскадный термоэлектрический способом охлаждение является эффективным.




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал