John pan

  這問題在今天依然有價值，從最近熱門的3080卡說起，先來看一些板卡廠3080專板卡，它們的散熱器是什麼樣？

  這些3080卡的散熱有共同特點，規模大、導熱管很長而且貫穿，在大多數情況下，這樣大規模的散熱器能很好的為GPU散熱，但在一些特殊場合，比如說，當顯卡垂直安裝的時候，就會出現意外。現在市面也還存在一些特殊IO接口在機殼上方，像早前烏鴉那樣垂直風道的機殼，它們都讓顯卡垂直安裝。

在某些機殼裡，顯卡是這樣垂直安裝的。

垂直安裝顯卡，GPU溫度會上升這麼多？
像這樣導熱管很長貫穿散熱器，在普通機殼裡作壓力測試時，它的散熱表現是這樣。

正常情況下，壓力測試時GPU的溫度穩定在74度左右。

如果顯卡作垂直安裝方式，同樣條件的壓力測試，它的散熱表現是這樣的。

垂直安裝下壓力測試時GPU的溫度上升到了82度。

  僅是顯卡垂直安裝，GPU的溫度就上升了8度？為什麼會出現這樣的情況，這還得從導熱管的工作原理說起。

導熱管中液體回流必須克服重力影響
  導熱管現在對於我們來說已經很常見，它在電腦的散熱很普遍，它的原理也很好理解，是利用相變過程中要吸收、散發、熱量的性質來進行冷卻的技術。下面顯示了運行中的導熱管的動畫，熱量從左側進入導熱管（Evaporator，蒸發段），在右側熱量再次釋放（Condenser，冷凝段），紅色為汽化後的蒸汽流，藍色為冷凝後通過毛細管結構回流的液體。

熱管工作流程示意圖

  通常導熱管是由管殼、貼著管殼的吸液芯和端蓋組成，將管內抽成一定負壓後充以適量的工作物質，使緊貼管內壁的吸液芯毛細孔中充滿液體後加以密封。當熱管一端受熱時毛細芯中的工質蒸發汽化，蒸汽在微小壓差下流向另一端放出熱量後凝結成液體，液體再沿多孔材料借助毛細力和重力流回蒸發段，如此循環不斷傳遞熱量。

導熱管的基本構造

能夠通過微小溫差來傳導大量熱量的導熱管之所以有高效率，是因運作時利用了三種物理原理：

①在真空狀態下，液體的沸點降低；
②同種物體的汽化潛熱比顯熱高的多（也就是相態變化會吸收或放出更多的熱量）；
③多孔毛細結構的抽吸力能促使液體流動，形成循環。

  一般來說，導熱管中的工質需要根據工作溫度區間進行選擇，對於PC散熱，考慮到成本因素，廠商們一般選擇的是純水和部分添加劑。不過有玩家說，我剪開導熱管為什麼沒看到液體？

  實際上導熱管裡的工質是很少的，過多的話會引發液體阻塞現象，導致冷凝段無法正常工作，當然過少也不好，流體無法將毛細結構孔隙填充，造成導熱管蒸發段局部乾燥。導熱管的直徑、毛細結構、導熱管長度都會直接影響到液體的填入量。最常見的直徑6mm長度15cm的熱管其工質裝填量大約為0.5毫升，而且都填充在毛細孔中，所以就算剪開導熱管也不會看到有液體流出。

  著名科學家Cotter為熱管學奠定了理論基礎，一般稱之為Cotter理論，其中提到了導熱管正常工作的條件：

導熱管正常工作的條件：

　　　△Pc ≥ △Pl + △Pv + △Pg

  導熱管內的流體流動屬於汽-液兩相逆流流動，其中蒸汽從蒸發段流向冷凝段會產生壓力降△Pv，冷凝液體從冷凝段流回蒸發段會產生壓力降△Pl，而重力場對液體流動也會產生壓力降△Pg（可以是正值，是負值或為零，視熱管在重力場中的位置而定)。△Pl+△Pv+△Pg形成了工質回流的阻力，而熱管中工質的循環動力是靠毛細吸液芯結構與工作液體產生的毛細壓頭，也就是△Pc。

導熱管傳熱中存在各種極限

  △Pv和△Pl一般隨熱負荷的增加而增在，主要受工質的黏度、密度、質量流量、熱管長度、多孔物質滲透係數等影響，而△Pc則由吸液芯結構決定的，如毛細孔半徑越小△Pc越大。毛細結構為循環提供的毛細壓頭是有限的，如果由毛細力作用抽回的液體不能滿足蒸發所需的量，便會出現蒸發段的吸液芯乾涸，蒸發段管壁溫度劇烈上升，甚至出現燒壞管壁和熱源的現象，這就是常見的毛細極限。

  除了毛細極限外，在熱管傳熱中還存在各種極限，比如低溫下蒸汽流動的粘性極限、蒸汽流速度達到音速的塞流現象的音速極限、蒸汽流速過大超過表面張力流體飛散的飛散極限，還有液體沸騰導致傳熱能力下降的沸騰極限等。

  顯然我們今天不是來學習如何去計算△Pc/△Pv/△Pl這些數據，只關心△Pg這一項，由重力場引起的對液體流動產生的壓力降。當蒸發段位於冷凝段之上時，工作的液體回流時還必須克服重力的影響，當然冷凝段在上面時，重力會加速液體的回流。

導熱管散熱器要這樣裝
  回到前面的問題，為什麼僅僅是顯卡垂直安裝就會讓GPU的溫度上升8度呢？看了對導熱管工作原理的說明，其實就很好理解了，當顯卡垂直安裝時，散熱器的導熱管也就垂直水平面了，如下圖所示：

當顯卡垂直於水平面時散熱器的蒸發段遠高於冷凝段

  此時蒸發段（也就是GPU處）遠遠在冷凝段之上，工作時，冷凝後的液體回流時需要克服非常大的重力場產生的壓力降，熱管中回流液體的重力影響明顯超出了我們的想像，工質回流的阻力加大，導致回流的液體量減少，蒸發段的溫度自然就會上升，傳熱性能急劇下降，也就造成了GPU的溫度大幅上升。

  不僅僅是顯卡散熱器會遇到這樣的情況，CPU散熱器也可能會有類似情況，只是像大多數RTX 3080顯卡散熱器這樣規模和結構的，會在顯卡垂直安裝時出現毛細極限的可能性會更大，矛盾性更為突出。

  早在Silverstone推出垂直風道的RV02機箱時，官方也就這個問題作了說明，不過它也只是針對下吹式的CPU散熱器，其實對顯卡的影響更大。

Silverstone推薦的CPU散熱器安裝方式

  所以，要獲得更好的散熱性能，盡量保證散熱器冷凝段的位置不低於蒸發段，這是適用所有熱管散熱器的安裝準則，至少，也要保證熱管散熱器工作時液體回流不要受太多的重力影響，也就是冷凝段的位置不能低太多。

  其實吧，記住一點就好了，盡量讓你散熱器中的導熱管和地面平行！！

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