Как работает система жидкого охлаждения? Комплексное руководство по передовому тепловому управлению

Поскольку электронные компоненты становятся более мощными и компактными, тепло, которое они генерируют, представляет собой серьезную проблему для производительности, надежности и долговечности. Традиционные методы воздушного охлаждения достигают своих физических ограничений, прокладывая путь для более эффективных решений. Жидкое охлаждение, когда-то нишевая технология для энтузиастов, теперь является критическим компонентом в различных отраслях с высоким спросом. В Winshare Thermal мы ежедневно разработаем эти передовые системы, и Winshare Thermal демистифицирует процесс, объясняя, как именно система жидкого охлаждения работает для управления интенсивными тепловыми нагрузками.

Статья Содержание

• Каков основной принцип, лежащий в основе жидких термических растворов?

• Какие компоненты образуют ядро ​​жидкой петли охлаждения?

• Как на самом деле разворачивается цикл теплопередачи?

• Зачем рассматривать жидкое охлаждение над традиционным воздушным охлаждением?

• Каковы различные типы систем жидкого охлаждения?

• Где применяются высокопроизводительные системы жидкого охлаждения?

• Как вы можете обеспечить оптимальную производительность из системы жидкого охлаждения?

• Партнер с экспертом по тепловому управлению

Каков фундаментальный принцип для жидких термических решений?

Основная концепция жидкого охлаждения основана на простом принципе физики: жидкости гораздо более эффективны при поглощении и переносе тепла, чем воздух . Например, вода имеет теплоемкость в 4000 раз больше, чем воздух по объему. Это означает, что небольшой объем жидкости может поглощать огромное количество тепловой энергии без значительного повышения собственной температуры.

Система жидкого охлаждения использует это свойство, создавая непрерывный цикл. Специализированная охлаждающая жидкость прокачивается через петлю, сначала поглощая тепло непосредственно из теплогенерирующего компонента (например, процессор, графический процессор или аккумулятор), а затем перевозит этот нагрев в другое место, где ее можно безопасно рассеять в окружающую среду. Это целевое и эффективное удаление тепла позволяет электронике работать при оптимальных температурах, даже при экстремальных нагрузках.

Какие компоненты образуют ядро ​​жидкой петли охлаждения?

В то время как системы могут различаться по сложности, каждый петля жидкого охлаждения построена вокруг нескольких ключевых компонентов, работающих в унисон. Понимание роли каждой части имеет важное значение для оценки эффективности системы. Как производитель этих основных компонентов, мы знаем, что качество и интеграция каждого элемента определяют общую производительность системы.

Холодная тарелка: точка контакта

Здесь начинается магия. Холодная пластина - это теплообменник, обычно изготовленный из высокопроводных материалов, таких как медь или алюминий, который накапливается непосредственно на источник тепла. Внутри пластины находятся микроканалы или плавники, через которые протекает охлаждающая жидкость. Его единственная цель состоит в том, чтобы эффективно переносить тепловую энергию с поверхности компонента в жидкую охлаждающую жидкость. Сварка Friction Sirew (FSW) или паялка имеет решающее значение для максимизации площади поверхности и минимизации теплостойкости.

Насос: сердце системы

Если холодная пластина является точкой контакта, насос - это двигатель, который управляет всем процессом. Он отвечает за распространение охлаждающей жидкости по всей петле. Надежный, мощный насос обеспечивает постоянную скорость потока, что имеет решающее значение для быстрого и эффективного переноса тепла от холодной пластины. В критически важных приложениях долговечность и управление насосом имеют первостепенное значение для долгосрочной стабильности системы.

Радиатор: центр рассеивания тепла

После поглощения тепла, ныне нагретая охлаждающая жидкость перемещается в радиатор. Радиатор - это еще один тип теплообменника, предназначенного для переноса тепла от жидкости в окружающий воздух. Он состоит из ряда тонких труб и плавников, создавая массивную площадь поверхности. Когда жидкость протекает через трубки, вентиляторы продувают окружающий воздух через плавники, рассеивая тепловую энергию и охлаждая жидкость, прежде чем вернуться к началу петли.

Охлаждающая жидкость: среда теплопередачи

Сама жидкость является критическим компонентом. В то время как дистиллированная вода является отличной основой из -за высокой теплоемкостью, большинство коммерческих охлаждающих жидкостей представляют собой смесь воды и добавок. Эти добавки предотвращают коррозию, ингибируют биологический рост (например, водоросли) и могут снизить точку замерзания или повысить точку кипения, что делает систему более надежной в различных операционных средах.

Трубки и фитинги: основные разъемы

Трубка - это сосудистая система, которая соединяет все компоненты, позволяя охлаждающей жидкости течь между ними. Он должен быть долговечным, гибким и непроницаемым, чтобы предотвратить утечки. Фитинги-безопасные, защищенные от протекания разъемы, которые соединяют трубки с компонентами, такие как холодная пластина, насос и радиатор.

Как на самом деле разворачивается цикл теплопередачи?

Работа системы жидкого охлаждения является непрерывным, элегантным циклом. Разбивая его на шаги, мы видим, как каждый компонент вносит вклад в конечную цель поддержания оптимальных рабочих температур.

1. Отображение тепла: цикл начинается у источника тепла. Насос толкает прохладную жидкость из резервуара или радиатора в холодную пластину, которая находится в прямом контакте с ЦП или другим горячим компонентом. Жидкость протекает через микро-каналы внутри пластины, поглощая тепло отходов компонента.

2. Транспортировка тепла: теперь нагревается, жидкость выходит из холодной пластины и путешествует по трубке к радиатору. На этом этапе тепло безопасно содержится внутри жидкости и отодвигается от чувствительной электроники.

3. Нагрев рассеяния: при входе в радиатор горячая жидкость протекает через сеть небольших труб. Вентиляторы прикреплены к охладителю радиатора, окружающему воздуху над плавниками, передавая тепло из жидкости в воздух и исчерпая его из корпуса.

4. Возвращение охлажденной жидкости: выпустив его тепловую нагрузку, теперь охлаждающая жидкость выходит из радиатора и течет обратно на насос, готовый повторить цикл. Этот непрерывный цикл гарантирует, что источник тепла постоянно охлаждается.

Зачем рассматривать жидкое охлаждение над традиционным воздушным охлаждением?

В то время как воздушное охлаждение с помощью радиаторов и вентиляторов является проверенной технологией, жидкое охлаждение предлагает четкие преимущества, особенно в мощных или ограниченных пространственных приложениях. Выбор между ними часто зависит от конкретного теплового вызова.

	Особенность	Воздушное охлаждение
Тепловая эффективность	Умеренный. Ограничено низкой теплоемкостью воздуха. Может бороться с очень высокими компонентами тепловой мощности (TDP).	Начальство. Высокая теплоемкость жидкости обеспечивает быстрое поглощение и перенос большого количества тепла.
Акустическая производительность	Может быть шумным. Высокая скорость вентилятора требуется для перемещения достаточного воздуха, чтобы рассеять значительное тепло, создавая значительный шум.	Тише. Вентиляторы радиатора могут вращаться при более низких оборотах, потому что жидкость настолько эффективна. Насос добавляет низкий гул, но общий шум часто намного ниже.
Пространство и след	Большие, высокопроизводительные воздушные кулеры могут быть громоздкими и вызывать проблемы с разрешением с другими компонентами, такими как RAM.	Более гибкий. Холодная тарелка имеет очень маленький след. Радиатор может быть гибко установлен в разных местах, улучшая макет системы.
Последовательность производительности	Производительность сильно зависит от температуры окружающей среды. Тепло может насытить воздух внутри шасси.	Более стабильный. Перемещая тепло непосредственно в точку выхлопного выхлопа (радиатор), на него меньше влияют внутренние температуры, что приводит к более стабильной производительности.

Каковы различные типы систем жидкого охлаждения?

Жидкое охлаждение не является универсальным раствором. Архитектура системы может быть адаптирована для удовлетворения конкретных потребностей, от потребительских ПК до крупномасштабного промышленного механизма.

• Основные системы (AIO) . Насос, радиатор, трубки и холодная пластина интегрируются в один блок, предлагая удобную точку входа в жидкое охлаждение для ПК и рабочих станций.

• Пользовательские решения для петли: для энтузиастов и высокоспециализированных приложений пользовательские петли предлагают максимальную производительность и гибкость. Компоненты выбираются индивидуально, что позволяет охладить несколько источников тепла в одной цикле с помощью пользовательской маршрутизации труб и конфигураций резервуара.

• Охлаждение прямого в кладку (D2C): это важная технология для современных центров обработки данных. В системах D2C жидкости переводятся непосредственно к холодным пластинкам на процессорах и других компонентах с высоким уровнем нагревания в стойке сервера. Затем тепло переносятся в более крупную инфраструктуру охлаждения на уровне объекта, что обеспечивает гораздо более высокую плотность сервера.

Где применяются высокопроизводительные системы жидкого охлаждения?

В Winshare Thermal наш опыт выходит далеко за рамки потребительской электроники. Мы разрабатываем и производим решения для жидкого охлаждения для некоторых из самых требовательных отраслей в мире, где тепловые характеристики не подлежат обсуждению.

• Центры обработки данных и серверы: для поддержки ИИ, машинного обучения и облачных вычислений серверные процессоры генерируют огромное тепло. Жидкое охлаждение обеспечивает стойку с более высокой плотностью и улучшенную эффективность использования мощности (PUE).

• Новая энергия: электромобиль (EV) аккумуляторы и системы хранения энергии (ESS) требуют точного контроля температуры, чтобы обеспечить безопасность, производительность и длительный срок службы. Жидкие охлаждающие пластины необходимы для управления тепловыми нагрузками во время быстрой зарядки и сброса.

• Мощное промышленное оборудование: лазеры, энергетические инверторы и переменные частоты (VFD)-все это выгодно от компактного и мощного рассеяния тепла, предлагаемой жидким охлаждением, обеспечивая эксплуатационную стабильность и надежность.

• Расширенные медицинские устройства: оборудование, такое как системы медицинской визуализации (КТ -сканеры, МРТ) и диагностические инструменты, генерируют значительное тепло и требуют тихого, надежного охлаждения, чтобы правильно функционировать в чувствительной среде.

Как вы можете обеспечить оптимальную производительность из вашей системы жидкого охлаждения?

Успешный раствор жидкого охлаждения - это больше, чем просто сумма его деталей; Это результат экспертной инженерной и системной интеграции. Для достижения наилучших результатов необходимо учитывать несколько факторов.

Во -первых, дизайн пользовательской холодной пластины имеет первостепенное значение. Он должен быть спроектирован, чтобы идеально соответствовать размеру, форме и тепловой выходе компонента, он охлаждает. Внутренняя структура плавника, выбор материала и производственный процесс играют роль в его эффективности.

Во -вторых, всю систему следует рассматривать целостно. Скорость потока насоса должна соответствовать рассеивающей способности радиатора и падением давления холодной пластины и трубки. Наконец, тестирование и проверка необходимы, чтобы подтвердить, что система выполняет надежно в реальных условиях.

Партнер с экспертом по тепловому управлению

Понимание того, как работает система жидкого охлаждения, выявляет его огромный потенциал для решения самых сложных тепловых проблем сегодня. От фундаментальных компонентов до полного теплового цикла каждый элемент должен быть искусно разработан и интегрирован для оптимальной производительности.

Будучи ведущим поставщиком универсальных услуг теплового управления, Winshare Thermal обладает глубоким опытом в исследованиях, проектировании и изготовлении высокопроизводительных пластин и модулей жидкого охлаждения. Независимо от того, разрабатываете ли вы серверы следующего поколения, передовые системы хранения энергии или передовое промышленное оборудование, наша команда инженеров готова сотрудничать с вами, чтобы создать индивидуальное тепловое решение, которое обеспечивает надежность, эффективность и пиковую производительность. Свяжитесь с нами, чтобы обсудить уникальные тепловые требования вашего проекта.