散热器对流方式

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2024年3月11日发(作者：)

散热器的基本原理与种类

众所周知电子器件的工作温度直接决定其使用寿命和稳定性，要让PC各部件的工作温度保

持在合理的范围内，除了保证PC工作环境的温度在合理范围内之外，还必须要对其进行散

热处理。而随着PC计算能力的增强，功耗与散热问题日益成为不容回避的问题。一般说来，

PC内的热源大户包括CPU、主板(南桥、北桥及VRM部分)、显卡以及其他部件如硬件、

光驱等，它们工作时消耗的电能会有相当一部分转化为热量。尤其对CPU而言，如果用户

进行了超频，其内部元件的发热量更是不可小觑，要保证其稳定地工作更必须有效地散热。

热传递的原理与基本方式

学过中学物理的朋友都知道，热传递主要有三种方式：

第一传导：物质本身或当物质与物质接触时，能量的传递就被称为热传导，这是最普遍

的一种热传递方式，由能量较低的粒子和能量较高的粒子直接接触碰撞来传递能量。相对而

言，热传导方式局限于固体和液体，因为气体的分子构成并不是很紧密，它们之间能量的传

递被称为热扩散。

圣保罗散热器热传导的基本公式为“Q=K×A×ΔT/ΔL”。其中Q代表为热量，也就是热传导

所产生或传导的热量；K为材料的热传导系数，热传导系数类似比热，但是又与比热有一些

差别，热传导系数与比热成反比，热传导系数越高，其比热的数值也就越低。举例说明，纯

铜的热传导系数为396.4，而其比热则为0.39；公式中A代表传热的面积(或是两物体的接

触面积)、ΔT代表两端的温度差；ΔL则是两端的距离。因此，从公式我们就可以发现，热

量传递的大小同热传导系数、热传热面积成正比，同距离成反比。热传递系数越高、热传递

面积越大，传输的距离越短，那么热传导的能量就越高，也就越容易带走热量。

第二对流：对流指的是流体(气体或液体)与固体表面接触，造成流体从固体表面将热带走

的热传递方式。

具体应用到实际来看，热对流又有两种不同的情况，即：自然对流和强制对流。自然对

流指的是流体运动，成因是温度差，温度高的流体密度较低，因此质量轻，相对就会向上运

动。相反地，温度低的流体，密度高，因此向下运动，这种热传递是因为流体受热之后，或

者说存在温度差之后，产生了热传递的动力；强制对流则是流体受外在的强制驱动（如风扇

带动的空气流动）,驱动力向什么地方，流体就向什么地方运动，因此这种热对流更有效率

和可指向性。

圣保罗散热器 热对流的公式为“Q=H×A×ΔT”。公式中Q依旧代表热量，也就是热对流所

带走的热量；H为热对流系数值，A则代表热对流的有效接触面积；ΔT代表固体表面与区

域流体之间的温度差。因此热对流传递中，热量传递的数量同热对流系数、有效接触面积和

温度差成正比关系；热对流系数越高、有效接触面积越大、温度差越高，所能带走的热量也

就越多。

第三辐射：热辐射是一种可以在没有任何介质的情况下，不需要接触，就能够发生热交

换的传递方式，也就是说，热辐射其实就是以波的形式达到热交换的目的。

既然热辐射是通过波来进行传递的，那么势必就会有波长、有频率。不通过介质传递就

需要的物体的热吸收率来决定传递的效率了，这里就存在一个热辐射系数，其值介于0～1

之间，是属于物体的表面特性，而刚体的热传导系数则是物体的材料特性。一般的热辐射的

热传导公式为“Q =E×S×F×Δ(Ta－Tb)”。公式中Q代表热辐射所交换的能力，E是物体表面

的热辐射系数。在实际中，当物质为金属且表面光洁的情况下，热辐射系数比较小，而把金

属表面进行处理后（比如着色）其表面热辐射系数值就会提升。塑料或非金属类的热辐射系

数值大部分都比较高。S是物体的表面积，F则是辐射热交换的角度和表面的函数关系，但

这里这个函数比较难以解释。Δ(Ta－Tb)则是表面a的温度同表面b之间的温度差。因此热

辐射系数、物体表面积的大小以及温度差之间都存在正比关系。

任何散热器也都会同时使用以上三种热传递方式，只是侧重有所不同。以CPU散热为例，

整个热传导过程包括4个环节，第一是CPU ，它是热源产生者，热由CPU工作不断地散

发出来；第二是底座和散热片是热的传导体，底座与CPU核心紧密接触的散热片底座以将

热以传导的方式传递到散热片；第三是风扇是增加热传导和指向热传导的媒介，到达散热片

的热量再通过其他方式如风扇吹动将热量送走；第四是空气，这是热交换的最终流向，要保

证有良好的散热，机箱内部就得有充裕空间和科学的风道。

散热方式

一般说来，依照从散热器带走热量的方式，可以将散热器分为主动式散热和被动式散热。

所谓的被动式散热，是指通过散热片将热源如CPU产生的热量自然散发到空气中，其散热

的效果与散热片大小成正比，但因为是自然散发热量，效果当然大打折扣，常常用在那些对

空间没有要求的设备中，或者用于为发热量不大的部件散热，如部分普及型主板在北桥上也

采取被动式散热。对于个人使用的PC机来说，绝大多数采取主动式散热方式，主动式散热

就是通过风扇等散热设备强迫性地将散热片发出的热量带走，其特点是散热效率高，而且设

备体积小。

主动式散热，从散热方式上细分，可以分为风冷散热、液冷散热、热管散热、半导体制冷、

化学制冷等等。

风冷

风冷散热是最常见的散热方式，相比较而言，也是较廉价的方式。风冷散热从实质上讲

就是使用风扇带走散热器所吸收的热量。具有价格相对较低，安装方便等优点。但对环境依

赖比较高，例如气温升高以及超频时其散热性能就会大受影响。

液冷

液冷散热是通过液体在泵的带动下强制循环带走散热器的热量，与风冷相比，具有安静、

降温稳定、对环境依赖小等等优点。液冷的价格相对较高，而且安装也相对麻烦一些。同时

安装时尽量按照说明书指导的方法安装才能获得最佳的散热效果。出于成本及易用性的考虑，

液冷散热通常采用水做为导热液体，因此液冷散热器也常常被称为水冷散热器。

热管

热管属于一种传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，通过

在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷

热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点，并且由热管组成

的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小等优点。其导热能力已远远超过任何已知

金属的导热能力。

半导体制冷

半导体制冷就是利用一种特制的半导体制冷片在通电时产生温差来制冷，只要高温端的

热量能有效的散发掉，则低温端就不断的被冷却。在每个半导体颗粒上都产生温差，一个制

冷片由几十个这样的颗粒串联而成，从而在制冷片的两个表面形成一个温差。利用这种温差

现象，配合风冷/水冷对高温端进行降温，能得到优秀的散热效果。半导体制冷具有制冷温

度低、可靠性高等优点，冷面温度可以达到零下10℃以下，但是成本太高，而且可能会因

温度过低导致CPU结露造成短路，而且现在半导体制冷片的工艺也不成熟，不够实用。

化学制冷

所谓化学制冷，就是使用一些超低温化学物质，利用它们在融化的时候吸收大量的热量

来降低温度。这方面以使用干冰和液氮较为常见。比如使用干冰可以将温度降低到零下20℃

以下，还有一些更“变态”的玩家利用液氮将CPU温度降到零下100℃以下（理论上），当然

由于价格昂贵和持续时间太短，这个方法多见于实验室或极端的超频爱好者。

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