液冷方式介绍
1，液冷方式
1.1直接液冷
直接液冷又称为浸没式液冷，就是将电子设备直接浸泡在液体中进行冷却的方式。直接液冷的难点在于：冷却液的稳定性、系统的密封、系统内部的压力控制。在数据中心的服务器设备得到了较多的应用。
浸没式液冷的维护相对比较困难，其液体一般有矿物油和氟化液两类；
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矿物油的沸点较高，不易挥发，密封要求较低，但它黏度较大，将设备从冷却池取出之后会附着大量的工质，很难处理；
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电子氟化液沸点低、黏度低、易挥发，设备去除冷却池后液体较少且迅速挥发，无工质附着问题；但正是由于其容易挥发，对设备的密封性要求极高，否则冷却工质会持续散逸而降低冷却效率。
——氟化液价格高昂，而且需要定期补液，增加维护和冷却成本，而且氟化液会对环境造成影响。
——低沸点工质的浸入式冷却系统，密封性设计还需要考虑设备内部的气压问题；工质的持续沸腾产生的气体会增加系统内部的压强，可能会导致“爆缸”。
1.2间接液冷
间接液冷实际上是常见的冷板或冷头+冷排的设计，元器件发出的热量被连续流动着液体的冷板所带走，流经冷排时热量散逸，温度降低。降低温度后的流体再返回冷板，继续吸热，如此便完成了循环。
虽然液冷设计的散热效率更高，但我们所接触到的绝大多数电子设备还是使用的空气冷却，只有当空气冷却方式是在无法解决时，才会考虑采用液冷方案。这主要是因为液冷设计方案相对于空气冷却同样存在很多缺点。
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冷却成本更高：需要增加冷却液、液泵，管道等等；
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冷却系统的可靠性较低，存在腐蚀、漏液、堵塞等风险；
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受环境条件限制，比如在超低温环境；
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系统复杂度要高很多。
2，液冷系统的组成
从工作原理来将，液冷系统包括5个部分：
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发热元件与冷板之间的导热界面材料；
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通过导热界面材料接触发热元件的冷板；
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流体循环管路；
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泵；
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流体降温的模块。
2.1封闭式单循环系统
封闭式单循环水冷系统由：冷板、换热器、泵与连接管路构成；该系统主要用于可靠性要求不高的场合（比如：PC）；封闭式单循环系统需要注意系统内的压强，如果在高可靠性要求的系统中使用，需要增加各种传感器和维护用的阀门，用于检测和控制冷却系统。
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压力煲或传感器，监测水冷系统的内部压力，防止泄露与气蚀，判断管道是否封堵等；
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温度表或传感器，监测系统的给回水温度，做高低温预警、风机与泵的调速等；
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流量表或传感器，一般用在测试的样机中，监测真实流量，评估各个管道的均流特性；
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必要的球阀，维护用；
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过滤器，防止堵塞。
2.2封闭式双循环系统
当需要进水温度较低或对水质要求较高时，一般采用封闭式双循环系统；
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需要进液温度较低时，内循环（连接发热元件）的液体工质一般是水或水+乙二醇混合物，外循环的流体工质则是冷水机产生的冷水；
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对水质要求较高时，内循环为高品质工质（例如：去离子水），外循环为普通品质工质，以降低成本和风险。
2.3开放式系统
应用于富水的场合，冷却工质不参与循环，由进水口流入吸热后由出水口排出，一般用于工业设备。对于超高发热量的设备集群，冷水源通常是江河胡海，如果规模较小则也会使用人工蓄水池。
3，液冷设计注意点
3.1冷却液的选择
间接液冷工质的选择，要求介质具有高导热系数、高比热、高沸点、低熔点、不起泡、低粘度、化学成分稳定、无毒、无腐蚀性、无污染。目前采用较多的冷却液是：水、液态金属和纳米流体。而水及其混合物（水+乙二醇、丙二醇溶液）是最常用的冷却液。
——水的价格低廉、性能稳定、无毒无污染、比热容高；但是水具有对金属的腐蚀性、易产生水垢以及低温0℃结冰等缺陷，因此需要针对不同的应用场景进行不同的冷却液选择。
液态金属导热率高，移热能力远远强于水，同时液态金属可以使用功耗极低、无运动部件的电磁泵驱动工质的流动，因此有助于实现集成度更高的散热系统；但是液态金属的价格高昂，另外还存在腐蚀、导电、安全等问题。
——我们之前说过，材料的导电和导热的机制大致是类似的，所以导电能力更强的金属往往具有更好的导热能力。
如果将直径在1~100nm的颗粒悬置在传热流体（例如：水、乙烯、乙二醇等）中时，其传热能力会得到提升，因为大多数固体材料的热导率要大于液体，因此由颗粒、流体组成的混合物热导率也高于液体本身的热导率，由此制成的流体，我们称之为纳米流体。纳米流体价格相对于液态金属要低很多，导热系数相较水又高很多。
——纳米流体的性质与基液和填充介质都有关联，填充介质较少时，流体流动性好，但导热效果较差；填充介质较多时，可能导致纳米颗粒聚集（形成团聚），容易产生沉降，从而极大地降低介质的传热和流动性。
——延长纳米颗粒在溶液中的悬浮时间，提高其稳定性是重要的研究方向。
液冷工质选型的考虑因素有：
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导热系数：导热系数越高则传热效率越高；
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比热容：比热容越高则等量工质移热能力更强，热冲击耐受能力强；
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电导率：在高压系统中建议采用低电导率工质，降低工质泄露带来的风险（系统短路）；
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黏度：黏度越低则工质循环阻力越小；
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凝固度：选择地凝固点介质，保证在低温工作条件下正常工作；
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沸点：在单相换热系统中，选择高沸点工作，保证在较高温度下工质维持液态；在相变换热系统中，选择合适沸点的工质，保证工质在循环过程中的汽化和凝结；
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腐蚀性：结合冷板材质选定；
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环境友好性：根据产品规定选择，优选无污染介质；
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毒性：根据产品规格选择，优选无毒介质。
3.2冷板的设计
冷板有很多种，主要分为：气冷冷板、液冷冷板和储能冷板三类。
气冷冷板主要用于功率了密度相对较低的产品，属于空气冷却设计范畴；储能冷板常用于功率较大且频繁开关的场景。而最常用的是液冷冷板，它通过导热界面材料与电子元器件直接连接，元器件发出的热量经由导热界面材料，在冷板内将热量传递给循环的流体。
——液冷冷板是液冷设计中的关键部分。
在大功率设备中，冷板内部流道的设计需要兼顾阻力和换热强度两个问题：流道设计复杂化，有助于加大换热面积，增强湍流度，提高换热效率，但同时也会提高阻力，加重水泵负担，甚至带来噪声问题。
3.3冷管和接头
冷管的作用是连接液冷系统的各个部件，是液体流动的通道。对于运行中不需要变动路径的冷管，一般使用铝合金或铜管，而需要变动的管道则使用PU、TPU、PVC、PE和硅胶管。
金属冷管的液体工质蒸散量几乎为0，而柔软材质的管道则会产生液体的蒸散，在封闭式循环系统中，为了弥补液体工质的蒸散，必须定期在系统中补充液体工质。
而冷管之间需要连接器进行连接，常见有3种接头：快拧接头、宝塔接头和快插接头。
- 快拧接头是由不锈钢、黄铜、铝等材质加工而成的，用于管路总快速连接的关节形式；一般一端为外螺纹接头，另一端与塑料软管卡压连接；
——快拧接头一般不需要借助工具，只需要用手就可以快速连接；安装简单、美观，价格较贵。
- 宝塔接头是比较传统的接头，其顶部有一个多级宝塔状结构，它单纯的将管子插进接头；
——宝塔接头需要配合管箍一起使用，安装相对复杂，但价格相对便宜。
- 快插接头一般是一个公头和一个母头，公头和母头分开时两边会自动紧闭而防止漏水。
——快插接头的优点是可以在不放空水冷液的前提下快速切换管道。