計算機水冷，是指在計算機常用的液體冷卻系統，以高比熱係數的液體（如：水）作媒介，以協助帶走內部零件的熱量。計算機水冷一般有以下優點：循環冷卻作用下溫度波動小，被冷卻零件控溫效果明顯，長時間使用穩定可靠；使用直流(無刷)電泵時振動小，噪音低；整體裝配後外觀華麗，靜電吸附小。
基本介紹
- 中文名：計算機水冷
- 外文名：Computer water cooling
- 領域：計算機冷卻
- 優點：循環冷卻作用下溫度波動小
- 原理：熱管理論
- 媒介：冷卻劑、水
簡介,熱管,背景,冷卻劑,水冷,
簡介
計算機水冷簡單來說是指用液體（如水）為機器散熱和製冷。它使用的液體不是單純的水，而是防腐、熱導率高的溶液，且不易導電。水冷散熱效率高，熱導率在傳統風冷方式的20倍以上，因此在吸熱能力上要強於以空氣為介質的風冷散熱器。水冷散熱的另一大優勢就是靜音。冷系統都具有三個水冷塊，分別給CPU、顯示卡、北橋晶片散熱，並且大部分產品只使用一個直徑12cm的低速風扇。如果使用風冷完成對高端超頻平台的散熱，CPU散熱器、機箱背板風扇、顯示卡風扇、北橋風扇都是最基本的。
計算機水冷一般由以下幾部分構成：熱交換器、循環系統、水箱、水泵和水，根據需要還可以增加散熱結構。而水因為其物理屬性，導熱性並不比金屬好(風扇製冷通過金屬導熱)，但是，流動的水就會有好的導熱性，也就是說，水冷散熱器的散熱性能與其中散熱液(水或其他液體)流速成正比，製冷液的流速又與製冷系統水泵功率相關.而且水的熱容量大，這就使得水冷製冷系統有著很好的熱負載能力.相當於風冷系統的5倍，導致的直接好處就是CPU工作溫度曲線非常平緩。比如，使用風冷散熱器的系統在運行CPU負載較大的程式時會在短時間內出現溫度熱尖峰，或有可能超出CPU警戒溫度，而水冷散熱系統則由於熱容量大，熱波動相對要小得多。
熱管
熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成，將管內抽成的負壓後充入適量的工作液體，使緊貼管內壁的吸液芯（毛細多孔材料）中充滿液體後加以密封。管的一端為蒸發段，另一端為冷凝段，根據需要還可以在兩段中間布置絕熱段。當熱管的一端受熱時，毛細芯中的液體蒸發汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結成為液體，液體再沿多孔材料依靠毛細力的作用流回蒸發段。如此循環不已，熱量就由熱管的一端傳至另一端。熱管在實現這一熱量傳遞的過程中主要包含了以下六個相互關聯的過程：
(1)熱量從熱源通過熱管管壁和充滿工作液體的吸液芯傳遞到液汽分界面；
(2)液體在蒸發段內的液汽分界面上蒸發；
(3)蒸汽腔內的蒸汽從蒸發段流到冷凝段；
(4)蒸汽在冷凝段內的汽液分界面上凝結；
(5)熱量從汽液分界面通過吸液芯液體和管壁傳給冷源；
(6)在吸液芯內由於毛細作用使冷凝後的工作液體回流到蒸發段。
熱管作為傳熱元件與一般的金屬傳熱元件相比具有以下特別的特性：
(1)很高的導熱性 熱管內部主要是靠工作介質的汽、液相變傳熱，熱阻很小，因此具有很高的導熱能力，與最好的金屬導熱體銀、銅、鋁相比，單位重量的熱管可多傳遞幾個數量級的熱量。
(2)優良的等溫性 熱管內腔的蒸汽是處於飽和狀態，飽和蒸汽的壓力決定了飽和溫度，飽和蒸汽從蒸發段流向冷凝段所產生的壓降也很小，根據熱力學中的 Clausuis-Clzpeyron 方程式可知，溫降也很小，因而熱管具有優良的等溫性。利用熱管的等溫性可以把一個溫度不均勻的溫度場展平成為一個均勻的溫度場。
(3)熱流密度的可變性 熱管可以獨立改變蒸發段或冷卻段的面積，即可以以較小的加熱面積輸入熱量，而以較大的冷卻面積輸出熱量，反之也行。這樣就可改變熱流密度，解決一些其他方法難以解決的傳熱難題。
(4)熱流方向的可逆性 對於水平放置的有芯熱管，由於其內部循環動力是毛細力，因此任意一端受熱就可以作為蒸發段，而另一端就成為冷凝端。
(5)熱二極體與熱開關性能 熱二極體就是只允許熱流向一個方向，而不允許向相反的方向流動。熱管可以做成熱二極體或熱開關，當熱源溫度高於某一溫度時，熱管開始工作，當熱源溫度低於某一溫度時，熱管停止工作，不再傳熱。
(6)恆溫特性 可變導熱管的冷凝段的熱阻隨加熱量的增加而降低，隨加熱量的減少而增加，這可使熱管在加熱量大幅度變化的情況下，蒸汽溫度變化極小，實現了恆溫溫度的控制。
(7)環境的適應性 熱管的形狀可以隨著熱源和冷源的條件而變化，熱管也可以作成分離式以適應長距離或冷熱流體不能混合的情況下的換熱；熱管即可以用於地面，也可用於空間（無重力場）。
背景
CPU 是中央處理器的縮寫，微機系統中稱為微處理器。隨著電子技術的不斷進步，CPU 的運算速度正快速地向前發展，其主頻和功率也不斷提高。如Intel 公司處理器 Pentium D 820的主頻為 2×2.8 GHz，如此高的主頻發出的熱量將會嚴重影響 CPU 的正常運行。所以，CPU的正常散熱問題逐漸成為制約其發展的瓶頸。CPU 散熱工作按照散熱方式可以分成主動式散熱和被動式散熱兩種。主動式散熱就是通過散熱片將 CPU 發出的熱量自然散發到空氣中。因為是自然散發熱量，效果不是很好，其散熱的效果與散熱片大小成正比。被動式散熱是CPU散熱的主要方式，它利用風扇等散熱設備將散熱片上的熱量強制性地帶走，這種散熱方式的優點是散熱效率高，設備體積小。根據散熱介質的不同，被動式散熱又可分為風冷散熱、水冷散熱、半導體製冷散熱、熱管散熱和化學製冷散熱等。風冷散熱器一般由散熱片和風扇兩部分構成，和CPU直接接觸的部分為散熱片，它負責將CPU發出的熱量引出，風扇用來給散熱片強制降溫，特點是體積小，成本低。半導體製冷是利用一種特製的半導體製冷片在通電時產生溫差來製冷，它的製冷溫度低，冷麵溫度可達-10℃以下，但成本高，工藝也不成熟，不夠實用。熱管散熱器中的熱管分別為蒸發端(加熱端)和冷凝端(散熱端)，兩端之間根據需要採取絕熱措施。當熱管的一端受熱時(即兩端出現溫差時)，毛細芯中的液體蒸發汽化，蒸汽在壓差作用下流向另一端放出熱量並凝結成液體，液體再依靠毛細作用沿多孔材料流回蒸發端，由於熱管幾乎是在等溫狀態下傳遞熱量，換熱量較低。
水冷散熱技術。很多晶片都是用水冷裝置作為散熱系統，在使用過程中對於散熱系統的要求比較高，要完全杜絕漏水、斷水等情況的發生，同時該系統在使用過程中還會對電子系統產生一些影響，即由於水的流動造成電子元件周圍電磁場的一些變化，可能會影響到系統的穩定性，一旦漏水將對系統造成很大的損失。
冷卻劑
冷卻劑是一種流過或環繞某個系統來防止該系統過熱的流體。它通過將該系統產生的熱量傳導到其他的系統來使用或消耗熱量。理想的冷卻劑具有高熱容量，低黏度，廉價，無毒，化學惰性，既無腐蝕性又不促進腐蝕。某些冷卻劑的套用還要求其絕緣。
在高溫或低溫環境的工業套用過程中，熱傳導液（Heat Transfer Fluid）是更為常用的術語，而冷卻劑則是在汽車行業以及暖通空調系統（HVAC）更為常見的叫法。同時因為在汽車以及暖通空調領域使用的冷卻劑主要是液體，因此更經常被稱為冷卻液。工業套用中，熱傳導液同時包含了切削液。
冷卻劑在循環過程中既可以維持其原本的物質狀態（比如，氣體或液體），也可以經歷相變（改變原本的物質狀態）。相變過程中潛熱的存在使得冷卻劑的效率更高。當使用冷卻劑來降低環境溫度時（例如空調，冰櫃），它常被稱作製冷劑。
最常見的冷卻液是水。水具有高熱容和低價的特點，使得它成為合適的導熱介質。通常，水在作為冷卻劑時會加入緩蝕劑與防凍劑等添加劑。防凍劑是一種有機化合物（常為乙二醇，二甘醇，或丙二醇）的溶劑，常在水的使用環境低於零度或需要提高沸點的情況中使用。三甲胺乙內酯（又名甜菜鹼）是一種類似的冷卻劑，不過這種冷卻劑是由植物製成，因此從生態保護角度無毒易處理。去離子水因其低導電性常被用作電子電氣設備尤其是高功率發射器和高功率真空管的冷卻液。重水是一種被用在核反應堆中的中子減速劑。它的次要功能便是作為冷卻液使用。而輕水反應堆，包括最常見的沸水反應堆以及壓水反應堆，則是使用普通的水（即輕水）。丙二醇（PAG）則被用作高溫，熱穩定，抗氧化的熱傳導液。切削液則在工具機的切削和成型方面作為冷卻液和潤滑劑使用。油在無法使用水的情況下較為常用。因具有高於水的沸點，油的自身溫度可以在無需對容器或循環系統加壓的情況下維持高溫。（高於一百攝氏度）
礦物油在許多機械齒輪的套用中用作冷卻液和潤滑劑。蓖麻油也時有使用。因為具有高沸點的特點，礦物油常在家用攜帶型電暖器，以及工業用閉環系統加熱和冷卻中使用。礦物油還因其絕緣性常在浸沒式液體冷卻電腦系統中使用。
矽油與氟油（如fluorinert)的優點在於他們的廣譜使用溫度，缺點則在於高價。變壓器油作為冷卻液以及絕緣體在高功率變壓器中使用。燃油在引擎中常被用作冷卻液。低溫狀態的燃料流經引擎的某些部分以吸收廢熱來預熱。煤油以及航空燃油常在航空引擎中作此用途。
氟利昂常在浸沒式液冷的電器件中使用。
製冷劑是一種通過在液體與氣體間相變來降低溫度的冷卻液。鹵代甲烷如二氟二氯甲烷（R-12）和二氟一氯甲烷（R-22）常作為製冷劑使用，但是由於其對環境產生的影響，正在被液化石油氣或其他種類的鹵代甲烷所取代。（比如1,1,1,2-四氟乙烷（R-134））
液氨常在大型商用系統中使用，二氧化硫則在早期的冰櫃中使用。
二氧化碳（R-744）在汽車內部溫度控制，家用空調，商用製冷，以及自動販賣機中作為工作流體使用。
水冷
水冷散熱器有一個進水口及出水口，散熱器內部有多條水道，這樣可以充分發揮水冷的優勢，能帶走更多的熱量。這就是水冷散熱器的基本原理。
從水冷的安裝方式來看，又可以分為內置水冷和外置水冷兩種。對於內置水冷而言，主要由散熱器、水管、水泵、足夠的水源組成，這就注定了大部分水冷散熱系統“體積”較大，而且要求機箱內部空間足夠寬餘。外置水冷散熱器方面，由於其散熱水箱以及水泵等工作元件全部安排在機箱之外，不僅減少了機箱內空間的占用，而且能夠獲得更好的散熱效果。
一套水冷（液冷）散熱系統必須具有以下部件：水冷塊、循環液、水泵、管道和水箱或換熱器。水冷塊是一個內部留有水道的金屬塊，由銅或鋁製成，與CPU接觸並將吸收CPU的熱量，所以這部分的作用與風冷的散熱片的作用是相同的，不同之處就在於水冷塊必須留有循環液通過的水道而且是完全密閉的，這樣才能保證循環液不外漏而引起電器的短路。
循環液的作用與空氣類似，但能吸收大量的熱量而保持溫度不會明顯變化，如果液體是水，就是我們大家熟知的水冷系統了。
水泵的作用是推動循環液流動，這樣吸收了CPU熱量的液體就會從CPU上的水冷塊中流出，而新的低溫的循環液將繼續吸收CPU的熱量。
水管連線水泵、水冷塊和水箱，其作用是讓循環液在一個密閉的通道中循環流動而不外漏，這樣才能讓液冷散熱系統正常工作。
水箱用來存儲循環液，回流的循環液在這裡釋放掉CPU的熱量，低溫的循環液重新流入管道，如果CPU的發熱功率較小，利用水箱記憶體儲的大容量的循環液就能保證循環液溫度不會有明顯的上升，如果CPU功率很大，則需要加入換熱器來幫助散發CPU的熱量，這裡的換熱器就是一個類似散熱片的東西，循環液將熱量傳遞給具有超大表面積的散熱片，散熱片上的風扇則將流入空氣的熱量帶走。
如果是小型密閉式的液冷系統，則可以省略開放式的水箱讓液體在水泵、水冷塊和換熱器之間往返流動，避免循環液暴露在空氣中而變質。
