台式电脑水冷散热系统创新改良设计

台式电脑水冷散热系统创新改良设计

作者：张二亢 刘晓宏

来源：《文艺生活·文艺理论》2011年第05期

摘 要：散热工作按照散热方式可以分成主动式散热和被动式散热两种。主动式散热是通过散热片将CPU的热量自然散发到空气中,被动散热通过风扇等设备强迫性地将热量带走，因其散热效率高，本身体积小被大众广泛使用。而作为被动散热中的新兴产品水冷散热系统，不仅散热效率高，而且更安静，是一种更新型的、更高效的、更快速的散热系统。 关键词：水冷散热；循环系统；高效；安静

中图分类号：TP3 文献标识码：Ａ文章编号：1005-5312（2011）14-0267-01

台式电脑散热工作按照散热方式可以分成主动式散热和被动式散热两种。主动式散热是通过散热片将CPU的热量自然散发到空气中，效果不是很好，其散热的效果与散热片大小成正比；被动式散热是通过风扇等散热设备强迫性地将散热片发出的热量带走，其特点是散热效率高，而且设备体积小。目前，在市场上台式电脑CUP散热器主要有风扇散热器、热管散热器、水冷散热器3种。 一、水冷散热器原理

水冷散热器基本原理是散热器有一个进水口及出水口，内部有多条水道，这样可以充分发挥水冷的优势，能带走更多的热量。

水冷散热与风冷散热其本质是相同的，只是液冷中利用循环液将CPU的热量从水冷块中搬运到换热器上再散发出去，由于换热器的散热面积和散热环境远远要好于一般的风冷散热器，所以液冷的降温效果非常明显。

水冷系统一般由以下几部分构成：热交换器、循环系统、水箱、水泵和水，根据需要还可以增加散热结构。而水因为其物理属性,导热性并不比金属好(风扇制冷通过金属导热),但是，流动的水就会有极好的导热性，也就是说，水冷散热器的散热性能与其中散热液(水或其他液体)流速成正比，制冷液的流速又与制冷系统水泵功率相关。而且水的热容量大，这就使得水冷制冷系统有着很好的热负载能力，相当于风冷系统的5倍，导致的直接好处就是CPU工作温度曲线非常平缓。

二、水冷散热系统原始组成

一套水冷（液冷）散热系统必须具有以下部件：水冷块、循环液、水泵、管道和水箱或换热器。

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（一）水冷块

水冷块是一个内部留有水道的金属块，由铜或铝制成，与CPU接触并将吸收CPU的热量，所以这部分的作用与风冷的散热片的作用是相同的，不同之处就在于水冷块必须留有循环液通过的水道而且是完全密闭的，这样才能保证循环液不外漏而引起电器的短路。 （二）循环液

循环液的作用与空气类似，但能吸收大量的热量而保持温度不会明显变化，如果液体是水，就是我们大家熟知的水冷系统了。 （三）水泵

水泵的作用是推动循环液流动，这样吸收了CPU热量的液体就会从CPU上的水冷块中流出，而新的低温的循环液将继续吸收CPU的热量。 （四）管道和水箱或换热器

水管连接水泵、水冷块和水箱，其作用是让循环液在一个密闭的通道中循环流动而不外漏，这样才能让液冷散热系统正常工作。

水箱用来存储循环液，回流的循环液在这里释放掉CPU的热量，低温的循环液重新流入管道，如果CPU的发热功率较小，利用水箱内存储的大容量的循环液就能保证循环液温度不会有明显的上升，如果CPU功率很大，则需要加入换热器来帮助散发CPU的热量，这里的换热器就是一个类似散热片的东西，循环液将热量传递给具有超大表面积的散热片，散热片上的风扇则将流入空气的热量带走。 三、水冷系统的改良与定位 （一）水泵

水泵让水在系统中流通循环，坚持不懈地把暖水换成冷的。流过水道和散热器的水的体积是至关重要的，因为靠这个运动把热量一并带走，就像高速风扇可以更好的守成从常规散热片上带走热量的工作一样。水泵的作用是推动循环液流动，这样吸收了CPU热量的液体就会从CPU上的水冷块中流出，而新的低温的循环液将继续吸收CPU的热量。

水管连接水泵、水冷块和水箱，其作用是让循环液在一个密闭的通道中循环流动而不外漏，这样才能让液冷散热系统正常工作。

水箱用来存储循环液，回流的循环液在这里释放掉CPU的热量，低温的循环液重新流入管道，如果CPU的发热功率较小，利用水箱内存储的大容量的循环液就能保证循环液温度不

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会有明显的上升，如果CPU功率很大，则需要加入换热器来帮助散发CPU的热量，这里的换热器就是一个类似散热片的东西，循环液将热量传递给具有超大表面积的散热片，散热片上的风扇则将流入空气的热量带走。采用水箱一体化设计，输入输出两头配备软管，而不需要把整个东西再浸泡在蓄水池里。蓄水池时代已经离我们越来越远了，且有溢出的风险。 （二）水冷块

水冷块是一个内部留有水道的金属块，由紫铜制成，与CPU接触并将吸收CPU的热量，所以这部分的作用与风冷的散热片的作用是相同的，不同之处就在于水冷块必须留有循环液通过的水道而且是完全密闭的，这样才能保证循环液不外漏而引起电器的短路。

水道全都遵循一个非常简单的设计理念。一个铜或铝片，上面有一些散热片。水近入到这里，在里面按照一个模式四处流动，模式被设计为使流过含有热量的水量最大化。在纯铜底坐上增加金属隔板，将液体切割成N个部分进行充分制冷，通过吸收增加金属隔板上的热量来达到增加散热面积的效果，对水流没有任何约束。

而水冷头做为直接与热源接触的配件，做工质量和安装舒适也成为了首要考虑的因素。 （三）散热器

散热器的性能对于一款水冷来说起着最关键的作用，甚至可以用散热排的性能来衡量一款水冷。现在硬件性能的提升带来的大发热量，已不再只是CPU的专利，GPU的来势凶猛已远超CPU，北桥、硬盘、供电等硬件的发热量均不可小视，为多热源同时散热，发热量巨大。 （四）管子

现在在软管一般有聚氯乙烯、聚乙烯和硅树脂三种制造材料，聚乙烯有光亮的颜色，非常坚固且耐绞但价格昂贵。聚氯乙烯是用于水冷最便宜的软管，但非常硬，不推荐把它用于水冷系统中很有可能会让水道的安装变得十分困难。硅胶管采用非常柔软的橡胶材制制成，极具韧性，可以被卷得非常紧而不会弹开。 四、水冷系统的优势

水冷真正的优势在于它处理CPU瓦数的能力比任何风冷散热器都要高得多，并且不受机箱内高温的影响。如果用于低功率CPU，水冷散热器在CPU降温上并不比优良的风冷散热器强多少。当使用产生大量热量的高端或极度超频CPU的时候，就算一个小小的水冷系统都将让CPU温度保持在相当低的水平。

水冷是超频玩家对于大功率芯片理想的散热解决方案。当用于非玩家CPU的时候，水冷不会较高端风冷散热有巨大的性能提升，但能够在获得低温的同时产生比任何风冷方案小得多的噪音。

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液冷散热系统最大的特点有两个：均衡CPU的热量和低噪声工作。

由于水能够吸收大量的热量而保持温度不会明显的变化，因此水冷系统中CPU的温度得到了很好的控制，突发的操作都不会引起CPU内部温度瞬间大幅度的变化，因此更有利于CPU稳定的工作，同时也为多数人超频提供了极大的帮助。流动的水就会有极好的导热性，水冷散热器的散热性能与其中散热液(水或其他液体)流速成正比,制冷液的流速又与制冷系统水泵功率相关。水的热容量大,这就使得水冷制冷系统有着很好的热负载能力.相当于风冷系统的5倍,导致的直接好处就是CPU工作温度非常平缓。 五、水冷系统的未来发展

水冷散热系统作为一种新型的、高效的、快速的散热系统，已经逐渐被广大民众所认识，并越来越多的应用到各个领域中，在社会快速发展的今天，水冷散热器因其环保、可循环、噪音小、效率高等优点的显著，将会向着更高效、更快速、更环保的目标不断探索创新，成为未来台式电脑散热器中的主流产品，将会为越来越多的人所接受。

参考文献：

[1]揭贵生、孙驰等.大容量电力电子装置中板式水冷散热器的优化设计[J].机械工程学报，2010, 46(2).