兰洋散热课堂丨《“液”!“冷”知识》用多少水能浇灭太阳?

作者:兰洋科技    时间:2022年07月18日
热҉热҉热҉!“小暑大暑,上蒸下煮”。进入小暑,我国大部分地区便开启了蒸笼天的模式——不光热,还潮湿,黏腻得很。国家预警发布公布数据显示,6月以来全国共发布红色高温预警1869条,多地气温突破40℃,体感温度更是直逼45℃以上。这时候突然理解了为什么后羿一定要射日,广大网友们一时间脑洞大开:如果能一盆水把太阳浇灭就好了!那究竟用多少水才能把太阳浇灭呢?

专家表示:给太阳浇水无异于火上浇油,因为太阳“燃烧”的本质并不是“燃烧”,而是核聚变反应释放的光和热,而给太阳浇水所产生的水蒸气会分解成氧气和氢气,正是给太阳提供燃料...加水后太阳的质量也会随之增加,引力坍缩效应变得更强,导致核心区域的温度和压力进一步升高,这会加快核聚变反应的速率,使得太阳每秒能够释放出更多的能量。

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图片来源:火星科普 侵删

既然“浇灭太阳”行不通,那就让水把暑气浇灭吧!此时天气的炎热让兰洋君只想失去梦想变成一个大西瓜,然后把自己泡在水里。热吗?快到水里来!本期《“液”!“冷”知识》,咱们就一起来聊聊人们是如何用“水冷”降温的。

上期我们简述了“风冷”的发展史。从蒲扇到电风扇,人们用了整整三千六百年,但是电风扇真正普及也就是近三四十年的事儿。在20世纪80年代,电风扇对于很多中国百姓来说还是个“稀罕件儿”,谁家夏天要是有个吊扇或台扇,满屋子都是娃娃们的咯咯笑声。

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在没有电的古代,摇扇子也可以解一时清凉,就是有点费手。况且,在炎热的三伏天,摇扇子恐怕也没啥大用。于是,像白居易这种意识流玩家,开始选择自我催眠心静自然凉:“何以销烦暑,端坐一院中。眼前无长物,窗下有清风。散热有心静,凉生为室空。”;像李白这种狂放派,选择了:“懒摇白羽扇,裸袒青林中。脱巾挂石壁,露顶洒松风。”;而另一部分优雅的有钱人,则选择旅游避暑:“晓风涌翠含霜泪,云容水态神仙眸。”

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宋朝 槐荫消夏图

就没有什么既经济又实惠,且没有什么技术含量的降温神器,照顾一下普通劳苦大众的嘛?还真有一个,那就是大自然的恩赐——

水,作为生命之源,可以说是承受了太多。人类的起源、生存、延续都离不开水的滋养,不要忘了,人身体里70%都是由水组成的。自古以来,人类就懂得择水而居,沿河湖而居的生存方式。

一方面,有水的地方有利于动植物生长,可以给人类提供充足的食物;另一方面,水源可以影响局部气候,进而影响体感温度。在没有空调和冰棍儿的古代,对于水这种既能内服、又能外用、取之不尽、用之不竭的宝贝,谁能不心动呢?

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依水而居

但是古代医疗条件相对落后,直接冲凉或者饮用冷水容易导致生病,或因戏水溺亡可就得不偿失了,还是需要与水保持“安全距离”。于是以降温为出发点,以水为基础,古人的创造力也被无限放大。

从唐朝的自雨亭到明朝的含凉殿,利用天然的雨水或泉水,在亭子的顶部设法蓄积起来,待到天热的时候,将水从房顶上倾斜下来,便形成了天然的雨帘,可以说是古时候的“人工降雨”

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 唐代大明宫含凉殿

确实,水是快速降温的一把好手。水的比热容在25℃时,大约是4.2×10³ J/(kg℃) ,是在常温下呈液态的物质中比热容最大的介质,有较高的热导性,所以能够很好地起到调节温度的作用。因此,水不仅在农耕文明时期发挥了重要作用,进入工业社会后更是作为一种经济且高效的散热介质应用于化工、制药、食品加工、医疗设备、电子生产加工、装备制造等多个领域。

比较典型的就是热电厂,大型冷却塔是必备装置,它主要是用水作为循环冷却剂,利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽,蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热的效果,也就是说,冷却塔是和它的水循环系统一起用来对所用设备运行时需要降温的一种冷却设备。

夏季,水循环带走的热量得不到利用,所以需要冷却塔进行散热处理,但是到了冬季,这部分热量可以通过循环泵传送至用户暖气片,为大面积的用户供暖,同时实现散热供暖,可谓是一举两得。

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冷却塔

水冷不仅在工业领域大展拳脚,在航空航天领域也发挥着重要作用。例如每次火箭的发射,都伴随着一阵大雾弥漫,这并不是想体现火箭腾云驾雾直飞青天,而是当火箭每秒8千米的高速运行时,将会产生上千摄氏度的高温,与此同时火箭发动机还要喷出几千摄氏度的高温气流。为了帮助火箭降温,发射底座旁设置了可容纳700吨水的水塔,火箭发射时,点火超压保护和降噪冲水散热系统启动,它会在10秒钟内输出500吨水量,其中30%的水会被瞬间蒸发成水蒸气,带走一部分热量,因此会产生大量雾气。

长征四号丙遥三十五运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射成功.png

长征四号丙遥三十五运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射成功

 新华社 图

既然水在降温方面这么无所不能,在民用方面除了冲凉、泡西瓜还有哪些用途呢?哪里有需求哪里就有市场。这不,被散热问题折磨的PC发烧友,通过DIY水冷系统为电脑主机降温,降温效果比风冷更好不说,觉得世界都安静了,灯管一排,造型也是十分酷炫,有的还直接把电脑主机当成鱼缸使。

再比如早些年,汽车发动机大多是使用水作为散热系统的介质,冬天停车放水、启动加热水的经历,相信很多老司机都深有体会。 但近些年随着造车技术的进步,现在的机动车已经基本上不用这种方式降温了,问题就在于水的沸点和冰点:夏季温度较高,发动机启动后如果没有及时散热,可能会导致散热系统内的水被加热至沸腾;冬季气温如果达到零度以下,水可能会结冰而导致体积变大,撑裂发动机和水箱。汽车的冷却液还是需要相对高沸点、低冰点的物质。

说到底,水冷的普及范围目前是无法超越风冷,原因也是多方面的。一方面,水冷系统的造价比风冷更高,例如在主机散热行业,通过某宝可以看出,普通的风冷散热设备价格区间在几十到150之间,而水冷散热器则500-1500不等,如果需要自己DIY的话,成本更是要翻倍。水冷设备对密封性的高要求导致了造价居高不下,毕竟一旦漏液,不仅维修起来麻烦,还很有可能会损伤电子元器件。另一方面,水的沸点和冰点也对它的散热水平发挥造成了一定的限制,毕竟这个是无法改变的“先天条件”

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风冷能耗高、噪声大、效果也一般,水冷设备价格高、不安全,而且使用起来还有诸多限制。那么有没有其他更好的散热材料或散热方式来实现技术替换或变革呢?当然有! 欢迎关注“兰洋科技”微信公众号,在下期《“液”!“冷”知识》中,继续跟着兰洋君长知识


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