Может ли обычный звук заставить каплю воды эффективнее охлаждать? Ученые Томского политехнического университета провели серию экспериментов, чтобы проверить одну из самых смелых гипотез и пришли к выводу, что акустическое воздействие на микрокапли практически не влияет на отвод тепла от горячих чипов, а вклад звука в охлаждение составил менее одного градуса Цельсия.
Ограниченный эффект
Современные смартфоны, мощные серверы, системы хранения данных и вычислительные комплексы при работе выделяют большое количество тепла. Ео отведение – задача инженеров. Наука ищет альтернативные пути.
Одним из перспективных направлений сегодня считается микрокапельное испарительное охлаждение. Идея проста: если распылить воду на горячий процессор, капли будут испаряться, забирая с собой энергию. Но эффективность этого метода ограничена.
Звук не помог
Ученые Томского политехнического университета с профессором Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Семена Сыродоя решили усовершенствовать эту технологию. Возникла гипотеза: если использовать звук определенной частоты, капля начнет резонировать, ее поверхность будет колебаться, а внутри возникнут дополнительные микропотоки. Это должно было усилить испарение и, как следствие, увеличить эффективность теплоотвода. Казалось бы, вот он — ключ к созданию суперэффективной системы охлаждения, где ИТ-технологии будущего смогут работать без перегрева.
Ученые работали с каплями дистиллированной воды диаметром 2, 3 и 4 миллиметра. Их помещали на металлическую пластину, нагретую до 60–90°C – именно в таких условиях обычно функционируют полупроводниковые компоненты. Для проверки гипотезы политехники воздействовали на капли однотонным звуком на частоте 60 Гц, который вызывал резонансные колебания. Процесс фиксировался высокоскоростной камерой и термопарами, позволяя оценить каждый этап теплообмена.
Результаты оказались более чем скромными. Акустическое воздействие изменяло время полного испарения капли не более чем на 4%. Максимальный эффект, который удалось зафиксировать, — это ускорение испарения примерно на 2–2,5 секунды для отдельных режимов. Что касается охлаждения самой пластины, то температура под каплей снижалась менее чем на 1–2 °C, а дополнительный вклад звука в этот процесс составлял лишь около 0,2 °C.
Природу не обмануть
Полученные данные заставляют по-новому взглянуть на физику процессов, происходящих на границе жидкости и твердого тела.
«Сама по себе капля воды на нагретой поверхности скорее стабилизирует температуру небольшого участка, чем эффективно его охлаждает. Дело в том, что тепло поступает к области под каплей из металлической пластины быстрее, чем капля успевает его отвести за счет испарения. Даже когда звук вызывает колебания поверхности капли и возможные дополнительные течения, этого недостаточно для заметного роста теплоотвода», – комментирует Семен Сыродой.
Ученые отмечают, что доказанный ранее факт снижения температуры отдельными каплями на 2 Кельвина в условиях реальной эксплуатации оборудования абсолютно недостаточен для спасения перегревающихся чипов. Таким образом, гипотеза об усилении испарения через звуковые колебания не нашла своего подтверждения.
В тему
Хотя использование ИТ-технологий для моделирования тепловых потоков и применение инноваций в области акустики не дали синергетического эффекта в охлаждении, исследование предоставило ценные данные о поведении жидкостей в экстремальных условиях. Ученые продолжат поиск решений. Впереди — новые эксперименты с различными составами жидкостей, более сложными геометриями поверхностей и импульсными режимами подачи. Возможно, именно там скрывается прорыв, который позволит сделать мощные серверы и компактную электронику по-настоящему «холоднокровной». Пока же ясно одно: в борьбе с перегревом чудес не бывает, и победа останется за фундаментальной наукой и скрупулезным экспериментом.
Подписывайтесь на АиФ в  MAX
|
