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211、985硕士，职场15年+
从事结构设计、热设计、售前、产品设计、项目管理等工作，涉足消费电子、新能源、医疗设备、制药信息化、核工业等领域
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本期给大家带来的是关于浸没式液冷技术研究内容，希望对大家有帮助。
常见的液体冷却方式包括冷板式､喷淋式和浸没式三种｡其中，浸没式液冷传热效率最高且能避免局部热点，是目前最有可能解决高性能计算环境中散热系统所面临各种问题的技术手段｡
浸没式液冷散热技术特点
1. 高效散热- 液体与发热部件直接接触，热传递效率极高，能够迅速带走热量。
2. 静音运行 - 由于没有风扇等机械运动部件，运行时噪音极低。
3. 空间利用率高 - 可以在有限的空间内实现高密度的散热，节省设备空间。
4. 稳定性好 - 液体能够均匀地分布热量，减少局部热点，提高系统的稳定性。
浸没式液冷的实现方案
浸没式液冷将IT设备直接浸泡在冷却液中，依靠冷却液吸收设备产生的热量｡按照冷却液在循环散热过程中是否发生相变，可以分为单相浸没式液冷和双相浸没式液冷｡
单相浸没式液冷
在单相浸没式液冷系统中，IT设备所有的发热组件都完全浸没在循环的不导电的冷却液中，设备发出的热量直接传递给冷却液｡单相浸没式液冷的冷却液通常具有较高的沸点，冷却液吸热后并不会发生相变，始终维持在液态｡
单相浸没式液冷通过自然对流或泵驱动冷却液的循环｡自然对流驱动的循环散热过程，利用了液体受热后体积膨胀密度减小的特点，较热的冷却液会自然上浮，之后被连接到外部冷却回路的热交换器冷却｡冷却后的液体在重力的作用下自然下沉，完成循环散热｡
与自然对流相比，用泵驱动循环冷却液的方式可以更有效的提高冷却能力｡由泵､热交换器､过滤器、传感器组成的装置被称为冷却液分配单元（CDU），利用CDU可以更加精确地控制冷却液的温度和流速｡
较冷的冷却液在泵的驱动下流经发热元件，将热量带走｡被加热的冷却液在泵的驱动下进入热交换器被降温，之后在泵的作用下继续循环｡热交换器一般用水作为冷却介质，热量最终通过循环冷却水系统排出｡
工作原理图
双相浸没式液冷
在双相浸没式液冷中，冷却液在循环散热过程中不断经历从液态到气态再从气态回到液态的相变过程｡IT设备完全浸没在装有低沸点冷却液的密闭罐体中，设备发出的热量被冷却液吸收，冷却液吸热后温度升高，达到沸点后开始沸腾，由液态相变为气态，同时产生大量的蒸汽｡
蒸汽从液体中升起逃逸至液面上方，在液冷罐体内形成气相区｡气相区的冷却液蒸汽与水冷冷凝器接触，热量被冷凝器吸收，冷却液凝结成液体以液滴的形式落回容器中再次循环，而冷凝器中被加热的冷却水则通过循环冷却水系统完成排热｡
工作原理图
为了能有效利用冷却液的相变过程，并控制IT设备的温度，用于双相浸没式液冷的冷却液不仅要有良好的热物理性能､化学及热稳定性､无腐蚀性，还需要合适的沸点､比较窄的沸程范围以及较高的汽化潜热｡
硅酸酯类､芳香族物质､有机硅､脂肪族化合物及氟碳化合物等都被尝试应用于双相浸没式液冷｡其中，氟碳类化合物综合性能最好，因此较为常用｡
研发难点
1. 冷却液选择 - 需要找到一种具有良好的热性能、化学稳定性、电绝缘性且对环境友好的冷却液。
目前浸没式冷却液主要分为碳氢及有机硅化合物类和碳氟化合物类。
（1）碳氢化合物（Hydrocarbon）及有机硅类冷却液
业内一般统称为“油类冷却液”，一般分为天然矿物油、合成油、有机硅油3大类。常温下呈黏稠状，比热容和导热率较高，具有沸点高不易挥发、不腐蚀金属、环境友好、毒性低等共性且成本较低；但有闪点，使用中有可燃助燃风险。
（2）碳氟类（Fluorocarbon）冷却液
将碳氢化合物中所含的一部分或全部氢换为氟而得到的有机化合物，整体传热能力更佳，同时无闪点不可燃、寿命长、不易变质、兼容性好、低粘度易维护、更安全可靠。面向愈发严格的环境保护要求，氟化学公司正致力于研究开发超低温室效应碳氟化合物（Ultra Low GWP），争取对环境友好的同时兼顾商用需求、适宜的生产成本和稳定工艺，3M、科慕、霍尼韦尔等企业均有所涉及。同时，当前造价高，随着技术发展与国产化替代，液体成本将逐步下降，经济性得到改善。
对于单相浸没液冷，碳氢及有机硅类化合物和碳氟类化合物均有相关案例，后续需要进一步测试验证。
应用中还需注意部分风冷下工作组件兼容问题，如机械硬盘HDD 无法直接在冷却液下工作，需选用借助镭射封装等技术将HDD 密封为氦气硬盘。
性能对比表
2. 密封与防漏 - 确保系统的密封性，防止冷却液泄漏，避免对电子设备造成损害。
3. 兼容性 - 冷却液要与电子元件、金属材料等具有良好的兼容性，不腐蚀或损坏部件。
4. 成本控制 - 包括冷却液的成本、系统的复杂设计和维护成本等。5. 维护与故障处理 - 一旦出现故障，维修和更换部件相对复杂，需要特殊的操作和技术。
国内外研究现状
国外
- 一些大型的数据中心运营商，如谷歌、微软等，已经开始大规模应用浸没式液冷技术，以降低能耗和提高服务器的运行效率。
- 科研机构在冷却液的新型材料、系统优化设计等方面进行了深入研究。
国内
- 部分互联网企业和科研单位也在积极开展相关研究和试点应用。
- 一些企业在冷却液的国产化替代、系统集成等方面取得了一定的成果。
应用
1. 数据中心
- 处理大量数据的服务器需要高效散热，浸没式液冷可以显著降低能耗和提高服务器的可靠性。
2. 高性能计算 - 如超级计算机，对散热要求极高，浸没式液冷有助于提升计算性能。
3. 加密货币挖矿 - 挖矿设备长时间高负荷运行，需要有效的散热方案。
4. 新能源汽车 - 电池组的热管理，保障电池的性能和安全。
总的来说，浸没式液冷散热技术具有很大的发展潜力，但仍需要克服一系列技术和成本方面的挑战，以实现更广泛的应用。
