液體浸沒冷卻的案例
CPU冷卻器：液體冷卻與空氣冷卻
被動冷卻是怎樣的？
與標準空氣冷卻器相比，被動式冷卻器不太常見，但在理論上是相似的。它們依靠特別設計的散熱器來吸收和散發熱量，而不需要使用風扇。對于有低噪音要求的設備，這類散熱器非常有用，但大多數游戲計算機都使用空氣冷卻器或液體冷卻器。
空氣冷卻器的效率會因諸多因素而有所不同，比如構建時使用的材料（例如，銅的傳導性優于鋁，但鋁更便宜），以及連接到 CPU 散熱器的風扇的大小和數量。這就是 CPU 空氣冷卻器的尺寸和設計會有不同的原因。
大空氣冷卻器通常散熱更好，但并不總是有足夠的空間來容納較大的散熱解決方案，特別是在小型電腦中。接下來將進一步探討空氣冷卻的優點，以及何為液體冷卻。
1.2 液體冷卻
與空氣冷卻器一樣，有多種選項可供選擇，但大多數都分為兩類：一體式 (AIO) 冷卻器或自定義冷卻循環。在這里，我們將主要關注一體式 (AIO) 冷卻器，盡管這兩者中液體如何冷卻 CPU 的基本原理是相同的。
與空氣冷卻類似，冷卻過程從連接到 CPU IHS 的基板開始。IHS 上附有一層導熱膏，方便兩個表面之間更好地傳熱。基板的金屬表面是水冷頭的一部分，水冷頭設計為裝填冷卻液。
當冷卻液通過水冷頭時，會從基板吸收熱量。然后，冷卻液繼續在系統中行進，向上通過一兩根管子到達散熱器。散熱器將液體暴露在空氣中，幫助其冷卻，然后，連接到散熱器的風扇將熱量吹離冷卻器。接下來，冷卻液重新進入水冷頭，循環再次開始。
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選擇冷卻方式時需要考慮的因素
2.1 價格
價格會因優先考慮的功能而有很大的不同。不過，一般來說，空氣冷卻器的成本較低，因為操作更直接。
展開 電子設備熱設計(Thermal Design of Electronic Equipment)-7 熱設計與流體動力學
液體和氣體都是流體。此外，為了區分液體和氣體，液體有一個表面，而氣體會膨脹以填充一個體積。液體通常被認為幾乎是不可壓縮的，而氣體則很容易被壓縮。絕大多數冷卻液流都是不可壓縮的。
涉及流體動力學的先進的冷卻技術包括Liquid Immersion Cooling（液體浸沒）、Multiphase cooling（多相冷卻）和Jet impingement（射流沖擊）。
1. Liquid Immersion Cooling（液體浸沒）
液體浸沒冷卻是通過浸沒在導熱的介電液體中來減少硬件中的熱量。
浸液冷卻最簡單的例子之一是將標準風冷計算機的硬件浸入礦物油中。礦物油是不導電和無電容的，對電子產品沒有威脅。電腦愛好者有時會使用這種方法，使用標準的水族館來放置硬件。風扇繼續旋轉，使油以較低的速度在散熱器上循環，但使用比空氣更有效的流體介質進行冷卻。這冷卻了部件，因為油首先吸收熱量，然后受益于蒸發冷卻。然而，這種方法無法處理高熱負荷，需要偶爾補充機油。
更復雜的浸沒冷卻方法被用于展示計算機、大型機和數據中心。這些系統仍然經常利用蒸發冷卻并浸沒零件，但它們通常是一個封閉系統，更像是傳統的液體冷卻（配有泵和外部散熱器）和浸沒冷卻的混合體。他們的液體通常是一種工程介電流體，其沸點低于水。液體蒸發、冷凝并滴回專門設計的儲罐。這種循環降低了流體的成本，而流體通常是專有的且昂貴的。
與使用冷卻器、熱泵和暖通空調的傳統數據中心冷卻相比，液體浸沒的耗電量減少了99%。以更低的成本進行更大的冷卻也使得更大的系統密度是可行的。許多浸沒式冷卻裝置都很復雜。然而，更簡單但非常有效的開放式浴槽系統通常產生最低的操作成本。其他好處包括幾乎無聲的操作和更少的灰塵，因為減少了氣流影響。
展開 浸沒式液冷：冷卻1000W及以上芯片
來源 | GRC官網
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選擇合適的乙二醇基液體進行液體冷卻時要考慮因素
來源 | Date Center Frontier
微處理器技術為支持人工智能、物聯網和數字平臺的整體加速不斷進步，導致數據通信設備冷卻系統（DECS）產生的熱負荷越來越高。鑒于這些趨勢，隨著機架密度接近并超過 30 kW，對液冷基礎設施的需求至關重要。
在單個數據中心內，越來越有可能需要一種混合的服務器冷卻方法，空氣和直接液體冷卻（直接芯片技術和浸入式冷卻）并存。由于每個數據中心都支持自己的系統設置，因此在為您的直接芯片式液體冷卻架選擇合適的乙二醇基傳熱油時，需要考慮一些因素。
1. 乙二醇的質量
優質傳熱流體的一個關鍵組成部分是乙二醇本身的質量。通常，來自生物可再生資源、回收甚至工業級乙二醇的乙二醇可能含有大量雜質，例如乙二醇或二甘醇。這些雜質會影響毒性，產生強烈的氣味，導致泡沫過多，并縮短與其相互作用的設備的使用壽命。為了在傳熱和流體壽命方面獲得最佳結果，高純度乙二醇是必要的。每種乙二醇基流體都會隨著時間的推移而降解。這是自然且不可避免的，但從一開始就使用雜質啟動系統將導致流體壽命縮短。隨著服務器機架運行五到八年的推動，像 DOWFROST LC 這樣的高質量產品可以持續設備的使用壽命，幾乎不需要維護。
2. 防腐蝕
高性能導熱油的另一個關鍵屬性是添加劑包。正確的抑制劑包對于保護系統中的金屬組件至關重要。并非所有抑制劑包都是平等的，因此您必須確保所使用的流體配制的抑制劑不僅能鈍化金屬以消除腐蝕風險并防止結垢，而且還要保持穩定的條件以延長流體壽命。在直接到芯片液體冷卻的情況下，該系統的主要特點是銅冷板。因此，需要將適量的銅抑制劑摻入流體中。當然，系統可能會有所不同，除了銅之外，還可以使用其他結構材料。
展開 
動力電池浸沒式冷卻液的熱管理與流變動力學研究
傳統的空氣冷卻與間接式液冷存在接觸熱阻大、溫度一致性差等物理局限。浸沒式液冷技術通過將電芯完全浸沒在絕緣冷卻液中，徹底消除了固-固接觸熱阻，實現了熱量的快速傳導與吸收，是解決局部熱點問題的最佳方案。為了進一步突破碳氫基礎液體的導熱極限，引入高導熱的金屬氧化物納米顆粒制備成納米流體（Nanofluids），成為了熱管理介質的前沿攻關方向。
▲ 圖1 冷板液冷（a）與浸沒液冷（b）溫度均勻性對比
本研究以浸沒式冷卻液（以純碳氫基礎液為基底，分別添加納米氧化銅與納米氧化鋁顆粒）為對象，從流變動力學與導熱性能的雙重維度開展系統性表征與機理剖析，旨在為動力電池熱管理系統的介質選型、流道設計提供可靠的數據支撐與科學驗證方法。
原料選擇
在評估新型熱管理介質時，基礎流體的理化特性及其與納米顆粒的適配性是決定宏觀性能的核心。研究團隊選用的基礎液為高性能碳氫冷卻液，專為動力電池及數據中心浸沒式液冷設計。為確保測試基準的嚴謹性，團隊對其核心物理參數進行了詳盡測量。
展開 XING Mobility推出下一代浸沒式冷卻電池熱管理系統
來源 | XING Mobility官網
近日，先進電動汽車電池系統的領先供應商XING Mobility憑借其下一代浸沒式冷卻技術在CES 2024上掀起波瀾。XING Mobility由特斯拉和松下的資深人士創立，自2015年以來一直處于這種改變游戲規則的電池熱管理方法的最前沿。
浸沒式冷卻是一種改變游戲規則的電池熱管理方法。XING不依賴傳統的空氣或液體冷卻系統，而是將電池浸入特殊的介電液中。這種流體專為實現最佳傳熱而設計，直接包圍并包裹每個電池，確保均勻和快速的冷卻。
XING Mobility在CES 2024上的展示了三個全球領先的技術：
IMMERSIO?電池到電池組（CTP）架構：這種創新設計擁有高達200 Wh/kg的重力能量密度和高達400 Wh/L的體積能量密度，是世界上最高的。這一突破允許在不犧牲空間的情況下顯著提高乘用車的電池容量，從而有效地解決了里程焦慮問題。
IMMERSIO? XM25 電池系統：XM25 是首款量產的浸沒式冷卻電池組，可提供 25 kWh 的功率，可用于車輛和儲能系統 （ESS） 應用。廣泛的測試確保了其可靠性、環境適應性和高效的功率輸出。
史無前例的安全測試結果：XING Mobility將展示在100%充電狀態下對IMMERSIO?電池組進行的嚴格的針刺穿透安全測試的結果。值得注意的是，浸沒式冷卻技術成功地控制了熱失控，防止了火勢蔓延。該測試證明了XING Mobility電池無與倫比的安全性和穩定性。
XING Mobility在CES上的首次亮相恰逢其戰略性進入美國市場。此舉得益于久保田最近的投資和美國政府對清潔能源的關注，使XING Mobility能夠利用快速增長的電動汽車和工程機械市場。
展開 再生冷卻式液體火箭發動機推力室設計CAD技術研究
再生冷卻式液體火箭發動機推力室設計CAD技術研究學位論文
再生冷卻式液體火箭發動機推力室設計CAD技術研究.part1.rar
再生冷卻式液體火箭發動機推力室設計CAD技術研究.part2.rar
再生冷卻式液體火箭發動機推力室設計CAD技術研究.part3.rar
一種用于鋰離子電池組熱管理的液體冷卻系統
根據冷卻策略的不同，BTMS可分為被動冷卻系統、主動冷卻系統和被動與主動相結合的混合系統。在被動冷卻系統中，沒有任何額外的功耗，但它們也不能控制冷卻系統來改變冷卻速率。在鋰離子電池表面實施特殊的材料或散熱結構，以實現電池與外部環境之間的高傳熱能力。典型的例子包括自然空氣對流，相變材料(PCM)和熱管。
被動空氣冷卻的冷卻能力很低，不適合冷卻高能量密度的鋰離子電池。PCM在融凍過程中能夠儲存和釋放大量的能量，近年來受到越來越多的關注。將PCM裝入BTMS的主要優點是可以實現良好的電池溫度均勻性和靈活的幾何形狀。然而，PCM的低導熱性阻礙了電池的散熱速率，在高速率充放電條件下存在嚴重的隱患。因此開發出具有優異的散熱性能的新能源電車的電池熱管理系統是非常重要的。
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成果掠影
近期，哈爾濱工業大學馮宇教授團隊針對液冷電池熱管理系統(BTMS)取得新進展。由于常見的線性流道結構導致了嚴重的溫度分布不均勻。該團隊提出了一種具有多通道的新型錐形通道散熱器，以提高電池溫度均勻性，降低BTMS的功耗。團隊分析比較了8種不同設計的電池最高溫度和溫差、溫度不均分布參數和功耗性能，同時，分析了延遲冷卻策略對液冷系統溫度均勻性的影響。結果表明，采用錐形通道散熱器結構可以改善BTMS的冷卻性能，而增加通道數可以改善熱性能，但代價是增加功耗。三道通道的錐形流形結構具有最佳的冷卻性能，在電池溫度和溫差限制內，其功耗比基礎降低了86.3%。此外，延遲冷卻方案對BTM并不是一個很好的策略，因為它會在很短的時間內積累較大的溫差。這些結果對先進的液冷BTMS的設計具有重要意義。
展開 用于增強相變冷卻的液體超擴散助推高性能噴射流沸騰技術
通過利用工作流體（如氟化電子液體）沸騰的液體-蒸汽潛熱交換實現的相變冷卻，有利于將來大量技術或應用中的高功率密度電子設備的熱管理，在包括5G、云計算、大數據、區塊鏈、人工智能等領域具有巨大的潛力。然而，沸騰傳熱作為一種動態的界面現象，對其包括液體再濕潤和蒸汽離開等過程和機制的深入理解仍然具有挑戰性。
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成果掠影
中國科學院理化技術研究所江雷院士、田野副研究員等人設計了一種含有周期性微槽/金字塔陣列的微/納米結構銅表面，其上有機冷卻劑的超擴散行為（<134.1 ms）極大地促進了液體再濕潤過程，從而產生特化的、超快的射流沸騰現象，同時使臨界熱通量和傳熱系數分別提高了80%和608%。對噴射流沸騰微氣泡的成核、生長和分離行為的原位觀察表明，帶有納米皺紋的微型溝槽/金字塔通過超擴散誘導的超快液體再濕潤和持續蒸汽膜凝聚促進了潛熱交換過程。最后通過對超擴散微/納米結構的優化，以超低電力使用效率（PUE<1.04）實現了高性能相變冷卻在超級計算機中心CPU芯片熱管理中的應用。該研究以題為“Liquid Super-Spreading Boosted High-Performance Jet-Flow Boiling for Enhancement of Phase-Change Cooling”的論文發表在《Advanced Materials》上。
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圖文導讀
圖1 在微/納米結構Cu表面上由超擴散促進的射流沸騰現象。
圖2 表面上不同金字塔高度的射流沸騰換熱性能。
圖3 超擴散促進的微型射流沸騰氣泡成核、生長和分離。
展開 電動汽車快速充電循環下鋰離子軟包電池的優化冷卻和熱分析
目前，大多數關于電池冷卻設計和優化的研究工作都集中在圓柱形和棱柱形電池上。最近，袋形電池因其比圓柱形電池更高的能量密度而受到關注。目前，已經提出了各種用于冷卻鋰離子電池的熱管理系統：空氣冷卻、間接液體冷卻、直接液體或浸沒冷卻、使用相變材料、熱管以及涉及兩種或多種這些方法組合的混合方法進行被動冷卻。然而，就電動汽車的商業應用而言，只有風冷和液冷已大規模實施，其他還處于研究階段。由于其高熱容量，液體冷卻仍然是迄今為止最有效和研究最多的系統；因此，當前的研究趨勢是尋找改進液冷板設計的方法，以實現更好、更具成本效益的熱控制。
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成果掠影
近期，路易斯維爾大學機械工程系Sam Park教授團隊提出了一種電動汽車快速充電循環下鋰離子軟包電池的優化冷卻和熱分析方法。本研究使用多域建模方法對采用 1P4S 配置（1 個并聯和 4 個串聯電池）的商用 65 Ah 軟包電池進行熱分析。該研究旨在分析四種不同冷卻配置的熱行為，即具有環境冷卻的單電池、具有環境冷卻的 1P4S、僅具有底部液體冷卻的 1P4S 和具有兩側液體冷卻的 1P4S。Newman、Tiedemann、Gu 和 Kim (NTGK) 模型用于小尺度電化學建模，而計算流體動力學(CFD) 用于分析電動汽車常用的不同快速充電速率期間的熱行為。
研究結果表明，使用兩個流動方向相反的冷卻板而不是單側冷卻可將最大溫差從 10°C 降低 50% 至 5°C，并將充電期間的最高溫度降低 7°C，為 1.98°C。這表明使用兩側液冷可以顯著改善電池的熱性能，這對于快速充電和整體電池性能至關重要。這項研究對行業的意義重大，因為它提供了有關如何改進電動汽車電池組的設計和熱管理的見解。
展開 一種用于服務器芯片散熱的液冷板實驗研究
然而，用于液冷的冷卻介質比熱容是空氣的1000-3500倍，導熱系數是空氣的15-25倍，可以達到更高的熱流密度散熱。應用于服務器的液冷技術可分為單相間接液冷、兩相間接液冷、熱管冷卻和浸沒式液冷。
浸沒式液體冷卻由于與冷卻介質直接接觸，具有極低的熱阻。浸沒式液冷需要額外的密封手段和一套完整的專用服務器或機柜，這給數據中心維護和改造帶來了巨大挑戰。間接液冷技術適應性強，可用于新舊數據中心的改造。液冷板是間接液冷的關鍵部件之一。液冷板的材料、結構和制造工藝對散熱性能有很大影響。
目前微通道成形技術包括微銑削、微線切割、激光微加工、光刻等。液冷板的焊接方法有回流焊、擴散焊、摩擦焊等。微通道采用電火花線切割加工。雖然微通道液冷板具有優良的散熱性能，但微通道液冷板的制造工藝存在一定的弊端。
為了保證良好的密封條件，液冷板需要焊接成一個整體。大多數焊接工藝存在成本高、生產效率低的問題。即使采用效率更高的回流焊，微通道也容易被焊料堵塞。微通道液冷板制造工藝的缺陷阻礙了其在數據中心的大規模部署。
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成果掠影
為了解決服務器冷卻技術中結構復雜、制造成本高、制造周期長等問題，華南理工大學潘敏強教授團隊提出了一種新型的加工工藝的液冷板。輥粘工藝起源于制冷行業的蒸發器制造工藝。此工藝可批量生產，并可靈活調整產品結構。采用輥粘接工藝可大大降低生產成本和液冷板泄漏風險。近年來，對輥粘液冷板的研究主要集中在PV/T太陽能集熱系統和動力電池熱管理方面。目前，將其應用于服務器散熱的研究較少。為此，針對一種低成本、可批量生產的服務器芯片熱管理方案，提出一種輥粘液冷卻板(RBLCP)，并通過實驗研究其傳熱性能和流動特性。該團隊建立了RBLCP的性能測試平臺。
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