摘 要：水冷式散熱器在計(jì)算機(jī)散熱領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢，尤其是對于需要長時(shí)間運(yùn)行的高性能計(jì)算機(jī)。為實(shí)現(xiàn)高效散熱、降低噪音、節(jié)能減排等目的，本文設(shè)計(jì)了一種新型的計(jì)算機(jī)用水冷式散熱器，為推動(dòng)散熱技術(shù)的發(fā)展提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；水冷式散熱器；高效散熱

中圖分類號：TK172文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1673-260X（2024）06-0050-03

1 研究背景

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的性能隨之有了飛速的提高，但與此同時(shí)，性能的提高也伴隨著元件工作時(shí)發(fā)熱量的增加。熱量的累積不僅會影響計(jì)算機(jī)的性能和穩(wěn)定性，還可能導(dǎo)致元件損壞，縮短其使用壽命[1]。因此，如何有效的散熱成為了計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。

目前大多數(shù)的降溫方式都是使用傳統(tǒng)的風(fēng)冷散熱器[2]，這種降溫方式在處理高性能硬件產(chǎn)生的大量熱量時(shí)，散熱效率有限，有時(shí)降溫效率小于發(fā)熱的效率，且噪音較大，這樣會對計(jì)算機(jī)內(nèi)部的元件造成嚴(yán)重影響。因此，計(jì)算機(jī)水冷式散熱器逐漸成了研究的熱點(diǎn)。水冷散熱器利用水的優(yōu)越的導(dǎo)熱性能，再附加特殊的技術(shù)方案，能夠更有效地將熱量從計(jì)算機(jī)組件中傳導(dǎo)出去，從而實(shí)現(xiàn)更為高效地散熱。

2 研究意義

首先，散熱器是電腦硬件的重要組成部分，研究和優(yōu)化散熱器的性能對提高計(jì)算機(jī)性能、穩(wěn)定性、延長硬件使用壽命具有重要意義[3]。其次，水冷式散熱是一種先進(jìn)的散熱方式，對其進(jìn)行研究和應(yīng)用不僅能夠推動(dòng)計(jì)算機(jī)散熱技術(shù)的發(fā)展，還能為其他領(lǐng)域的散熱問題提供借鑒和參考。第三，水冷式散熱器在運(yùn)行時(shí)的噪音小，散熱效率比傳統(tǒng)風(fēng)冷式高，因此在節(jié)能減排方面起到一定的作用，符合綠色發(fā)展的趨勢。另外，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，消費(fèi)者對計(jì)算機(jī)性能的要求也越來越高，更為高效、安靜的散熱器是市場發(fā)展的趨勢。總之，水冷式散熱器的研究不僅具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值，還具有廣闊的應(yīng)用前景和市場潛力。通過深入研究和不斷優(yōu)化，水冷式散熱器有望成為未來計(jì)算機(jī)散熱的主流選擇。

3 研究現(xiàn)狀

目前，水冷散熱器的市場規(guī)模逐年擴(kuò)大，應(yīng)用范圍也在逐漸擴(kuò)大，從傳統(tǒng)的CPU散熱擴(kuò)展到GPU、內(nèi)存、硬盤等多個(gè)領(lǐng)域。同時(shí)，隨著高性能計(jì)算機(jī)和服務(wù)器市場的不斷擴(kuò)大，水冷式散熱器的需求也在穩(wěn)步增長[4]。水冷散熱器根據(jù)分類方式的不同，有不同的種類[3]。按照冷卻液的不同，可分為水冷和硅油水冷；按照散熱器形狀的不同，有開放式、封閉式和一體化等多種形狀；按照水泵類型，可分為機(jī)械水泵和電動(dòng)水泵兩種水冷式散熱器。雖然當(dāng)前計(jì)算機(jī)用水冷式散熱器的研究取得了一定的進(jìn)展，但仍在散熱效率和噪音控制的平衡、成本與可靠性的權(quán)衡、維護(hù)與清潔等方面面臨諸多問題和挑戰(zhàn)。這就需要我們通過不斷地研究來推動(dòng)水冷式散熱器的進(jìn)一步發(fā)展。

4 設(shè)計(jì)思路

為解決上文中提出的問題，本文提出了一種新型水冷散熱器方案，其采用雙冷卻器水冷方式對機(jī)箱元件進(jìn)行散熱，硬件包括散熱箱、水筒、循環(huán)水泵、導(dǎo)熱器、第一冷卻器、第二冷卻器、散熱排風(fēng)筒、水冷盤板。

散熱箱內(nèi)中部安裝通過抽水管與水筒相連接的循環(huán)水泵，散熱箱頂部上貫穿安裝與循環(huán)水泵相連接的導(dǎo)熱器，散熱箱內(nèi)部在導(dǎo)熱器的兩側(cè)分別安裝與導(dǎo)熱器通過連接管連接的第一冷卻器和第二冷卻器，第一冷卻器和第二冷卻器下方通過冷卻水管分別連接散熱排風(fēng)筒和水冷盤板[5]。

循環(huán)水泵抽取水后通過導(dǎo)熱器進(jìn)入第一冷卻器和第二冷卻器對水冷卻，冷卻水流入散熱排風(fēng)筒和水冷盤板內(nèi)腔，配合散熱扇和微型排風(fēng)扇將冷氣吹入機(jī)箱，從而給機(jī)箱內(nèi)元件降溫[5]。

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述方案，設(shè)計(jì)其整體內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，散熱器中散熱排風(fēng)筒的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，散熱器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖3所示。圖中1為散熱箱；2為水筒；3為循環(huán)水泵；4為導(dǎo)熱器；5為第一冷卻器；6為第二冷卻器；7為散熱排風(fēng)筒；8為散熱片；9為散熱扇；10為百葉散熱窗；11為連接管；12為回水管；13為抽水管；14為安裝板；15為水冷盤板；16為微型排風(fēng)扇；17為冷卻水管；18為通風(fēng)窗；19為安裝耳；21為觀察刻度線；91為電機(jī)。

各部分組件的連接方式為：散熱箱1底部中心安裝水筒2，散熱箱1內(nèi)中部安裝通過抽水管13與水筒2相連接的循環(huán)水泵3，散熱箱1頂部貫穿安裝設(shè)置與循環(huán)水泵3相連接的導(dǎo)熱器4，散熱箱1內(nèi)部在導(dǎo)熱器4的兩側(cè)分別安裝設(shè)置與導(dǎo)熱器4通過連接管11連接的第一冷卻器5和第二冷卻器6，第一冷卻器5和第二冷卻器6下方通過冷卻水管17分別與散熱排風(fēng)筒7和水冷盤板15連接，散熱排風(fēng)筒7的外壁四周安裝散熱片8，散熱排風(fēng)筒7底部安裝散熱扇9，散熱箱1兩端底部在散熱扇9下方設(shè)置百葉散熱窗10，水冷盤板15上安裝微型排風(fēng)扇16。其中，散熱排風(fēng)筒7的內(nèi)部安裝與散熱扇9驅(qū)動(dòng)連接的電機(jī)91，還和水冷盤板15底部通過回水管12與水筒2相連接。散熱箱1通過安裝耳19經(jīng)螺釘安裝在計(jì)算機(jī)機(jī)箱內(nèi)壁上。導(dǎo)熱器4通過安裝板14經(jīng)螺釘安裝在散熱箱1的頂部。散熱箱1的正端面上在微型排風(fēng)扇16的外側(cè)開設(shè)通風(fēng)窗18，水筒2上設(shè)置觀察刻度線21[5]。

6 工作原理及使用流程

按照上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水冷式散熱器，具體工作流程為導(dǎo)熱器4傳導(dǎo)機(jī)箱熱氣，啟動(dòng)循環(huán)水泵3抽取水筒2內(nèi)部水，通過導(dǎo)熱器4內(nèi)經(jīng)連接管11分別進(jìn)入第一冷卻器5和第二冷卻器6對水進(jìn)行冷卻，然后通過冷卻水管17流入散熱排風(fēng)筒7的筒壁內(nèi)腔和水冷盤板15內(nèi)腔；散熱排風(fēng)筒7上設(shè)置散熱片8進(jìn)一步進(jìn)行散熱；分別通過電機(jī)91驅(qū)動(dòng)散熱扇9和微型排風(fēng)扇16將散熱排風(fēng)筒7和水冷盤板15產(chǎn)生的冷氣經(jīng)百葉散熱窗10和通風(fēng)窗18進(jìn)入機(jī)箱，從而對機(jī)箱內(nèi)元件進(jìn)行降溫；散熱排風(fēng)筒7的筒壁內(nèi)腔和水冷盤板15內(nèi)腔水經(jīng)回水管12流回水筒2內(nèi)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)供水。這樣做機(jī)箱內(nèi)達(dá)到了持續(xù)的低溫環(huán)境，使得計(jì)算機(jī)降溫散熱效果極好[5]。

7 優(yōu)勢和擴(kuò)展

本文研究設(shè)計(jì)的新型計(jì)算機(jī)用水冷式散熱器，在優(yōu)勢和擴(kuò)展方面體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）高效散熱。該設(shè)計(jì)增加了散熱面積，實(shí)現(xiàn)了機(jī)箱內(nèi)的持續(xù)低溫環(huán)境，降低了計(jì)算機(jī)內(nèi)部組件的溫度，進(jìn)而提高了計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定性和使用壽命，這對于需要長時(shí)間運(yùn)行的高性能計(jì)算機(jī)來說尤為重要。

（2）降低噪音。散熱扇和微型排風(fēng)扇將冷氣有效排入機(jī)箱，從而降低系統(tǒng)內(nèi)部的溫度。與傳統(tǒng)的風(fēng)冷散熱器相比，噪音更小，為用戶提供了更加安靜的使用環(huán)境。

（3）排風(fēng)筒、散熱扇、微型排風(fēng)扇優(yōu)化。排風(fēng)筒外壁四周安裝散熱片，散熱扇、微型排風(fēng)扇采用更大的風(fēng)扇葉片、更優(yōu)的風(fēng)扇曲線，以此提高了散熱效率。

（4）智能溫控。結(jié)合溫度傳感器和智能控制算法，可以對散熱器進(jìn)行智能控制，當(dāng)計(jì)算機(jī)負(fù)載較低時(shí)，可以降低散熱扇和微型排風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速以節(jié)省能源；當(dāng)計(jì)算機(jī)負(fù)載較高時(shí)，可以提高它們的轉(zhuǎn)速以增強(qiáng)散熱效果，以此在保證散熱效果的同時(shí)降低能耗和噪音。

8 結(jié)束語

本文研究設(shè)計(jì)了一種新型計(jì)算機(jī)用水冷式散熱器，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)表明，該水冷式散熱器在散熱效率和噪音控制方面優(yōu)勢顯著，為未來計(jì)算機(jī)散熱技術(shù)的發(fā)展提供了一種有價(jià)值的參考方案。在享受水冷式散熱器帶來的優(yōu)異散熱效果的同時(shí)，也需要關(guān)注其在環(huán)保、智能化等方面的發(fā)展趨勢，以推動(dòng)計(jì)算機(jī)行業(yè)的健康發(fā)展。隨著科技的不斷發(fā)展[3]，未來的水冷式散熱器會更高效、更節(jié)能、更環(huán)保、更安靜、更易于維護(hù)。

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