Водяной компьютер в ссср
В далеком 1925 году, пока страна восстанавливается после Первой мировой и Гражданской войн, новоиспеченный инженер Владимир Сергеевич Лукьянов по распределению попадает на строительство железной дороги. Проработав 5 лет на строительстве и других проектных работах, Лукьянов переходит в Центральной институт путей, где занимается научной деятельностью.
В 20-е годы прошлого века строительство железных дорог велось небыстро. В основном, в инвентарь рабочих входила лопата, кирка и тачка на сдачу, а земляные работы и бетонирование производились исключительно летом. Несмотря на такие, казалось бы, благоприятные условия для работ с бетоном, как тепло и сухость летних деньков, качество работ все равно оставляло желать лучшего: в бетоне постоянно возникали трещины. Лукьянов заинтересовался вопросом их появления и начал искать ответ.
По мнению молодого инженера, трещины в бетоне имеют температурное происхождение, однако такая версия была встречена скепсисом со стороны других специалистов. Несмотря на это, Владимир Сергеевич начал исследование температурных режимов в бетонных кладках в зависимости от состава бетона, цемента, технологии проведения работ и внешних условий.
В поиске нового подхода к решению задачи Лукьянов обратился к уже существующим теоретическим наработкам. Верное направление нашлось в трудах выдающихся российских ученых:
Обобщив идеи этих ученых, Владимир Сергеевич пришел к выводу, что решением поставленной задачи может являться физическая интерпретация искомых процессов.
Исследовав такой путь подробнее, Лукьянов обнаружил, что в роли модели невидимых тепловых процессов может выступать вода — уравнения, описывающие распространение тепла и течение воды, оказались аналогичны. Как итог, в 1934 году был предложен принципиально новый способ механизации расчетов — метод гидравлических аналогий.
В 1936 году из того, что нашлось под рукой, — кровельного железа, жести и стеклянных трубок — была создана первая гидромодель, которая прекрасно разрешила задачу температурных режимов бетона. Технически это была первая в мире вычислительная машина для решения уравнений в частных производных (чем являлись уравнения тепловых процессов в бетоне, полученные Лукьяновым).
Дальнейшая судьба
Полученное устройство как доказало свою применимость в решении хозяйственных вопросов страны, так и показало перспективность концепции гидромоделирования. Уже в 1938 году Лукьянов основал лабораторию гидравлических аналогий, руководителем которой он оставался в течение 40 лет.
Главным направлением работы стало совершенствование гидроинтегратора. Первоначальная система позволяла решать задачи только одномерные, а ведь ещё были двумерные и трехмерные. На примере течения движения воды это проявляется так: одномерная задача — течение воды вдоль прямой, двумерная задача — течение воды вблизи острова, а трехмерная — движение грунтовых вод. В 1941 году был создан двухмерный интегратор уже в виде отдельных секций, имевший расширенную область применения.
В 1949 году в Москве по постановлению Совета Министров СССР был основан НИИСЧЕТМАШ — Научно-исследовательский институт счетного машиностроения. На него были возложены задачи отбора образцов вычислительной техники и подготовки их к серийному производству.
Одним из таких образцов стала машина Лукьянова. В период с 1949 по 1955 год был разработан интегратор в виде стандартных унифицированных блоков, который в 1955 году начал серийно выпускаться на Рязанском заводе счетно-аналитических машин с маркировкой ИГЛ — “интегратор гидравлический Лукьянова”. Специально для обучения методу гидравлических аналогий в 1953 был разработан компактный демонстрационный вариант — ИГ-3.
В период этих работ в 1951 Лукьянову Владимиру Сергеевичу была присуждена Государственная премия СССР третьей степени за создание гидравлических расчетов и исследований.
После организации серийного производства ИГЛ начали экспортировать за границу: в Чехословакию, Китай, Польшу, Болгарию, но всё же самое большое распространение они получили в СССР. Во многих учебных заведениях можно было найти ИГЛ. В середине 70-х годов ИГЛ применялись в 115 организациях в 40 городах.
Широкое применение ИГЛ нашли во многих областях: в геологии, металлургии, ракетостроении и много где ещё. С помощью гидроинтеграторов производились расчеты Каракумского канала и Байкало-Амурской магистрали, но часом славы ИГЛ стало строительство Саратовской ГЭС — первой в мире ГЭС из сборного железобетона.
Стояла задача разработать технологию изготовления порядка 3 тысяч железобетонных блоков весом до 200 тонн. Требовалось, чтобы блоки быстро вызревали без трещин на потолочной линии вне зависимости от времени года. Сложные расчеты произвели к сроку и в необходимом объеме только благодаря ИГЛ.
В настоящее время в Политехническом музее можно найти два гидравлических интегратора: демонстрационный вариант ИГ-3 1955 года выпуска и одномерный интегратор, подаренный музею сыном Владимира Сергеевича Лукьянова — Алексеем.
Задача
В сфере строительства часто возникают задачи термодинамики: отопление помещений, нагрев и охлаждение конструкций и т.д. Игнорирование таких, на первый взгляд, мелочей может привести к нежелательным последствиям: никто не хотел бы случайно оказаться в здании, которое неожиданно обрушится из-за некачественного растрескавшегося бетона.
Многие задачи теплопередачи являются нестационарными, то есть их параметры зависят от времени. Представьте себе сооружение, находящееся в среде с постоянно меняющейся температурой. Сформулируем типовую задачу: у нас имеется некоторое тело в пространстве, которое является конструкцией произвольной формы.
Нам известны его термодинамические характеристики, зависящие от используемых материалов; мы знаем начальную температуру в любой точке тела (т. н. “температурное поле”); имеются условия воздействия окружающих тел в пространстве и времени. Наконец, у нас могут иметься источники и поглотители тепла в самой конструкции.
Задача заключается в том, чтобы определить температурное поле в теле в любой момент времени. Для этого требуется много переменных и параметров, которые являются частями дифференциального уравнения второго порядка, поэтому в такой формулировке задача очень сложна для математического решения.
Подойдем к более простой проблеме: движение теплоты в одном направлении (одномерная задача). Если у нас имеется однородный материал и отсутствуют источники внутренних теплопотерь или притока тепла, процесс движения тепла определяется так называемым дифференциальным уравнением Фурье:
Решение этого уравнения очень сложное и длинное. Эрнст Шмидт, немецкий инженер и специалист по термодинамике, в попытке найти более простой способ предложил использовать метод конечных разностей и разработал решение с помощью графиков. Однако несмотря на значительное упрощение расчетов, метод Шмидта все равно оставался довольно трудоемким: для одномерного случая поставленной задачи количество требуемой работы пропорционально количеству слоев различных материалов.
Лукьянов предложил еще более простой способ решения, называемый методом гидравлических аналогий. Он заключается в моделировании изменения температуры на основе конечных разностей при помощи жидкостей, ламинарное течение которых подобно процессу движения тепла в твердом теле.
Инженер сделал корпус для пк в форме аквариума с рыбами
На мероприятии DreamHack Austin, которое проходит с 28 по 30 апреля, сооснователь компании CWE Cases продемонстрировал компьютер, корпус которого представляет аквариум с живыми рыбами.
Корпус состоит из деревянных панелей и двух акриловых цилиндров. Пространство между ними заполнено водой, где плавают восемь рыб. Чтобы поддерживать комфортную для них температуру, тепло отводится от воды при помощи отдельного блока охлаждения. Также в системе предусмотрен аквариумный фильтр.
На создание оригинального корпуса Кэмерона Уоткинса (Cameron Watkins) вдохновили большие цилиндрические аквариумы в ресторанах. Кроме того, на протяжении некоторого времени энтузиасты собирают компьютеры в резервуарах с минеральным маслом.
ПК оснащён видеокартой GeForce GTX 1080 и процессором Intel Core i7-4790K. До этого Уоткинс также конструировал акриловые корпусы, с одним из которых принял участие в конкурсе на QuakeCon 2022. Тогда инженеру не удалось победить, однако в этот раз, возможно, ему улыбнётся удача.
#фан
Компьютер в аквариуме – на жидком масляном охлаждении
В этом «компьютере-в-аквариуме» для охлаждения используется минеральное масло. Это очень эффективный способ охлаждения, дающий наилучшие результаты, что подтверждает ряд проделанных тестов. Ну, а непосредственно минеральное масло (а не, скажем, растительное) было выбрано потому, что, во-первых, оно кристально прозрачное, и, во-вторых, никогда не портится. Единственная проблема – минеральное масло в больших количествах достаточно трудно достать.
Вдохновившись моддингом «компьютер в аквариуме», в котором для охлаждения использовалось минеральное масло, один геймер решил повторить эксперимент, но уже с участием старой консоли Xbox. Он тоже запустил «старушку» в плавание в аквариум с минеральным маслом и обнаружил, что консоль благополучно работает (понятное дело, DVD-привод и винчестер погружения избежали). Мало того, процессор Xbox даже стал нагреваться на 10 градусов меньше. Осталось для полноты процесса моддинга и пущей красоты добавить разноцветных LED-фонариков в янтарную жидкость ))
Компьютер в аквариуме: создана новая система водного охлаждения
Разработана инновационная технология охлаждения компьютера, при которой весь системный блок погружается в особую жидкость. Она не наносит вреда электронным компонентам при контакте с ними и эффективно охлаждает компьютерные платы. Такой метод значительно снижает расходы энергии по сравнению с воздушным охлаждением и позволяет избежать проблем, возникающих при традиционном водном охлаждении. Математическая модель новой системы была создана в академическом Институте программных систем им. А.К. Айламазяна.
Все компьютеры, как домашние персональные, так и сверхмощные, установленные в научных лабораториях, нуждаются в охлаждении. Любая электронная техника нагревается, так как потребляемое ей электричество превращается в тепло. У персональных компьютеров оно рассеивается в воздухе с помощью вентиляторов-кулеров. Но в случае сверхмощных машин тепло необходимо выводить на улицу, иначе оно может вызвать фатальный перегрев микросхем.
Традиционно для охлаждения суперкомпьютеров используют кондиционеры, снижающие температуру в помещении. Однако у такой системы есть ряд недостатков. Если использовать для охлаждения воздух с улицы, то пыль и влага оседают на электронных компонентах и портят платы. Кроме того, осевшая на процессоры пыль не дает воздуху эффективно их охладить. А водяные пары, содержащиеся в воздухе, при попадании на электрические контакты могут вызвать короткое замыкание.
Еще один недостаток — сильный шум, который издают кондиционеры и вентиляторы. Но главный минус воздушного охлаждения в том, что оно не способно справиться с повышением производительности техники и растущим выделением тепла от становящихся всё более мощными процессоров.
Решение проблемы появилось несколько лет назад — были созданы водяные системы охлаждения компьютеров. Они имеют значительно более высокий КПД по сравнению с воздушными. Например, для охлаждения одного и того же процессора необходимо пропустить через его радиатор два-три кубометра воздуха или всего один стакан воды. Но существующие схемы основаны на погружении в жидкость отдельных компонентов, и малейшее нарушение герметичности водяных шлангов приводит к потере работоспособности компьютера.
Поэтому важной задачей было создание хорошо охлаждающей жидкости, в которую можно будет погрузить любую часть компьютера без всякого вреда для машины. Хладагент разработала российская компания «СТОРУС», а реализовать конечный продукт помогла «ИММЕРС».
— По сути, в эту жидкость можно опустить обычный системный блок, и он будет надежно работать, — рассказывает гендиректор «ИММЕРС» Сергей Амелькин. — Должное снижение температуры самых горячих мест достигается особой системой направления потоков в жидкости.
Хладагент, названный Сторус-ОХЛ14, сделан на базе синтетического масла на основе силикона, которое является диэлектриком и химически нейтрально. Благодаря таким свойствам жидкость не оказывает никакого влияния на работу электроники. Ряд дополнительных компонентов обеспечивает хладагенту повышенную относительно масла текучесть для ускорения отведения тепла.
— Уникальность нашего проекта не только в хладагенте, так как в мире существуют его аналоги, а в создании на его основе принципиально новой системы охлаждения, — добавляет представитель компании «СТОРУС» Иван Хребтовский. — У нас запатентована технология целостной схемы с использованием этой жидкости. Для создания максимально эффективной технологии охлаждения была решена многопараметрическая математическая задача.
Система охлаждения представляет собой емкость, наполненную хладогентом, в который погружены вычислительные платы. Со стороны конструкция напоминает погруженный в аквариум компьютер без корпуса. Насос заставляет жидкость циркулировать, а установленные на улице вентиляторы охлаждают ее, выбрасывая тепло в окружающую среду. После этого Сторус-ОХЛ14 снова возвращается в аквариум.
Жидкостное охлаждение позволяет плотнее размещать вычислительные ресурсы, экономит электроэнергию и сохраняет чистоту воздуха в помещении. Насос издает звук в 40 децибел — примерно такой же уровень шума стоит в читальном зале библиотеки. Таким образом, в помещении, где расположен компьютер, можно спокойно разговаривать, не повышая голос.
На сегодняшний день технология водяного охлаждения не слишком популярна у обычных пользователей, так как они не хотят доверять новым непроверенным методам, — считает директор центра компетенций по инженерной структуре компании «Техносерв» Алексей Карпов.
По словам эксперта, новая технология не получила популярности, так как люди боятся рисковать дорогостоящей аппаратурой. Есть сомнение, что система водяного охлаждения завоюет рынок.
Масляное охлаждение корпуса (продолжение)
Некоторое время назад я проделал эксперимент по охлаждению компонентов компьютера путем погружения системного блока в растительное масло.
В этой статье
я уже поделился опытом охлаждения маслом при полной нагрузке компьютера. Система охлаждения была пассивной — т.е. масло не подвергалось принудительному охлаждению, а лишь рассеивало тепло через стенки аквариума. Это привело к тому, что за 3 часа работы (нагрузка 100%, частота 850МГц — штатная) видеопроцессор разогрелся с 55 до 80 градусов (при разгоне частоты до 1000МГц время нагрева до 80 градусов сократилось втрое). Масло в аквариуме, при этом, прогрелось с комнатной температуры до 58 градусов. Я снял нагрузку и оставил компьютер включенным — за 2 часа температура масла упала до 50 градусов и зафиксировалась. Таким образом я определил порог эффективности системы охлаждения в режиме простоя — и он меня не устроил. 50 градусов для некоторых компонентов — это не самая комфортная температура.
Для доработки системы охлаждения мне понадобился радиатор с хорошим теплообменом и помпа для прокачки масла. К моменту начала работ я еще не решил, понадобится ли мне вентилятор для охлаждения радиатора.
Автомобильный радиатор отопителя салона подошел в самый раз — компактный и эффективный. Он обошелся мне в 650 рублей. Помпу выбрал Hydor SELTZ L30 1200 л/ч — стоимость 1700 рублей.
Первый эксперимент я делал наугад — был готов к тому, что система может не заработать в подсолнечном масле, или компоненты будут испорчены в процессе неведомых мне реакций. Но сейчас, спустя три недели, компьютер, погруженный в самое дешевое подсолнечное масло, не смотря на угрозы скептиков, продолжает работать. Масло не изменило ни цвета, ни консистенции, ни прозрачности. Пушной зверек не заходил к конденсаторам, и сокет процессора тоже не посетил. Надеюсь, что если этого не произошло сразу, то не произойдет и впоследствии — время покажет, но, в любом случае, я уже чувствую себя гораздо уверенней. Поэтому я установил еще одну видеокарту и подключил датчик температуры.
Мне пришлось слить масло — для этого я использовал помпу.
После того, как я вынул компоненты из масла, я осмотрел систему на наличие повреждений. Первое, что бросилось в глаза — это сломанные защелки крепления кулера процессора. Радиатор процессора отвалился, как только я его достал, и я не стал устанавливать его обратно (как выяснится зря). Остальные пластмассовые детали не пострадали. Материнская плата выглядела как новая — никаких сгустков засохшего масла.
После того как помпа и радиатор были подключены я установил все компоненты обратно в аквариум и залил маслом.
Для тестирования терморежима я выбрал такой же тест, как и в первый раз — майнинг. Только в этот раз на двух видеокартах. Помпу включил сразу, но пока не стал ставить вентилятор на радиатор. Практически сразу обратил внимание на температуру центрального процессора — она выросла до 60 градусов. Когда был установлен радиатор, температура процессора никогда не превышала температуру масла — все таки радиатор помогал эффективней рассеивать тепло даже в масле.
Результат теста был такой же, как и в первый раз — три часа нагрузки и достигнута критическая температура графических процессоров и масла. Только в этот раз было установлено 2 видеокарты.
Зафиксировать температуру масла на 50 градусах под нагрузкой помог лишь 120мм вентилятор, который пришлось установить для обдува радиатора. Таким образом система не получилась бесшумной. Помпы днем не слышно — легкая вибрация почти полностью гасится маслом, а вот вентилятор немного слышен, при закрытых окнах и выключенной технике.
Ну вот и все, спасибо за внимание. Система пока работает, если что-нибудь сломается — я обязательно отпишусь (надеюсь не придется)
Устройство и принцип работы
На рисунке ниже представлена принципиальная схема гидроинтегратора для простейшей одномерной задачи — симметричного охлаждения плоской стенки. Модель собирается из ряда цилиндрических сосудов, последовательно соединенных между собой калиброванными трубками.
Каждый из сосудов имитирует теплосодержание слоя стенки толщиной Δx, на которые разбито исследуемое ограждение. Сосуды наполняются водой до уровней, соответствующих начальной температуре в каждом из слоев, после чего открываются краны R и Rн, и вода из сосудов начинает вытекать.
Аналогии между характеристиками элементов гидроинтегратора и теплотехническими параметрами исследуемого объекта:
В процессе моделирования можно изменять температуру воздуха по любой заранее заданной кривой, для чего выходная трубка присоединяется к специальному сосуду, уровень воды в котором поддерживается на уровне, соответствующем температуре воздуха в данный момент времени, что достигается перемещением сосуда в вертикальном направлении.
Соответствующим соединением сосудов на гидроинтеграторе можно моделировать двумерные и пространственные температурные поля в нестационарных условиях.
Для моделирования граничных условий имеются специальные устройства, состоящие из подвижных по вертикали сосудов и барабанов, вращающихся от часового механизма со скоростью 10 мм/мин по окружности. Линии изменения температуры воздуха вычерчиваются на миллиметровой бумаге в соответствующем масштабе, которая надевается на барабаны.
Изменения температуры воздуха моделируются изменением высоты подвижных сосудов, вращением маховичков, расположенных под барабанами. Высота сосудов изменяется соответственно кривым на барабанах по специальным указателям, связанным с вращением маховичков.
Для возможности фиксации температур (уровней воды в сосудах) в определенные моменты времени гидроинтегратор имеет специальное приспособление, дающее возможность одновременно перекрыть все краны между сосудами, что прекращает процесс перетекания воды и дает возможность записать показания всех пьезометрических трубок.