摘 要：水冷式散熱器在計算機散熱領域具有顯著的優(yōu)勢，尤其是對于需要長時間運行的高性能計算機。為實現(xiàn)高效散熱、降低噪音、節(jié)能減排等目的，本文設計了一種新型的計算機用水冷式散熱器，為推動散熱技術的發(fā)展提供借鑒和參考。

關鍵詞：計算機；水冷式散熱器；高效散熱

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

1 研究背景

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

目前大多數(shù)的降溫方式都是使用傳統(tǒng)的風冷散熱器[2]，這種降溫方式在處理高性能硬件產(chǎn)生的大量熱量時，散熱效率有限，有時降溫效率小于發(fā)熱的效率，且噪音較大，這樣會對計算機內(nèi)部的元件造成嚴重影響。因此，計算機水冷式散熱器逐漸成了研究的熱點。水冷散熱器利用水的優(yōu)越的導熱性能，再附加特殊的技術方案，能夠更有效地將熱量從計算機組件中傳導出去，從而實現(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算機性能、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的散熱方式，對其進行研究和應用不僅能夠推動計算機散熱技術的發(fā)展，還能為其他領域的散熱問題提供借鑒和參考。第三，水冷式散熱器在運行時的噪音小，散熱效率比傳統(tǒng)風冷式高，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，隨著信息技術的快速發(fā)展，消費者對計算機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?？傊涫缴崞鞯难芯坎粌H具有重要的學術價值，還具有廣闊的應用前景和市場潛力。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算機散熱的主流選擇。

3 研究現(xiàn)狀

目前，水冷散熱器的市場規(guī)模逐年擴大，應用范圍也在逐漸擴大，從傳統(tǒng)的CPU散熱擴展到GPU、內(nèi)存、硬盤等多個領域。同時，隨著高性能計算機和服務器市場的不斷擴大，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，可分為機械水泵和電動水泵兩種水冷式散熱器。雖然當前計算機用水冷式散熱器的研究取得了一定的進展，但仍在散熱效率和噪音控制的平衡、成本與可靠性的權衡、維護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水冷式散熱器的進一步發(fā)展。

4 設計思路

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箱元件進行散熱，硬件包括散熱箱、水筒、循環(huán)水泵、導熱器、第一冷卻器、第二冷卻器、散熱排風筒、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)水泵相連接的導熱器，散熱箱內(nèi)部在導熱器的兩側分別安裝與導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筒和水冷盤板[5]。

循環(huán)水泵抽取水后通過導熱器進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筒和水冷盤板內(nèi)腔，配合散熱扇和微型排風扇將冷氣吹入機箱，從而給機箱內(nèi)元件降溫[5]。

5 結構設計

根據(jù)上述方案，設計其整體內(nèi)部結構如圖1所示，散熱器中散熱排風筒的結構示意圖如圖2所示，散熱器的整體結構設計圖如圖3所示。圖中1為散熱箱；2為水筒；3為循環(huán)水泵；4為導熱器；5為第一冷卻器；6為第二冷卻器；7為散熱排風筒；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為微型排風扇；17為冷卻水管；18為通風窗；19為安裝耳；21為觀察刻度線；91為電機。

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頂部貫穿安裝設置與循環(huán)水泵3相連接的導熱器4，散熱箱1內(nèi)部在導熱器4的兩側分別安裝設置與導熱器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分別與散熱排風筒7和水冷盤板15連接，散熱排風筒7的外壁四周安裝散熱片8，散熱排風筒7底部安裝散熱扇9，散熱箱1兩端底部在散熱扇9下方設置百葉散熱窗10，水冷盤板15上安裝微型排風扇16。其中，散熱排風筒7的內(nèi)部安裝與散熱扇9驅(qū)動連接的電機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)螺釘安裝在計算機機箱內(nèi)壁上。導熱器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扇16的外側開設通風窗18，水筒2上設置觀察刻度線21[5]。

6 工作原理及使用流程

按照上述結構設計的水冷式散熱器，具體工作流程為導熱器4傳導機箱熱氣，啟動循環(huán)水泵3抽取水筒2內(nèi)部水，通過導熱器4內(nèi)經(jīng)連接管11分別進入第一冷卻器5和第二冷卻器6對水進行冷卻，然后通過冷卻水管17流入散熱排風筒7的筒壁內(nèi)腔和水冷盤板15內(nèi)腔；散熱排風筒7上設置散熱片8進一步進行散熱；分別通過電機91驅(qū)動散熱扇9和微型排風扇16將散熱排風筒7和水冷盤板15產(chǎn)生的冷氣經(jīng)百葉散熱窗10和通風窗18進入機箱，從而對機箱內(nèi)元件進行降溫；散熱排風筒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)，實現(xiàn)循環(huán)供水。這樣做機箱內(nèi)達到了持續(xù)的低溫環(huán)境，使得計算機降溫散熱效果極好[5]。

7 優(yōu)勢和擴展

本文研究設計的新型計算機用水冷式散熱器，在優(yōu)勢和擴展方面體現(xiàn)在以下幾點：

（1）高效散熱。該設計增加了散熱面積，實現(xiàn)了機箱內(nèi)的持續(xù)低溫環(huán)境，降低了計算機內(nèi)部組件的溫度，進而提高了計算機的穩(wěn)定性和使用壽命，這對于需要長時間運行的高性能計算機來說尤為重要。

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

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

（4）智能溫控。結合溫度傳感器和智能控制算法，可以對散熱器進行智能控制，當計算機負載較低時，可以降低散熱扇和微型排風扇的轉速以節(jié)省能源；當計算機負載較高時，可以提高它們的轉速以增強散熱效果，以此在保證散熱效果的同時降低能耗和噪音。

8 結束語

本文研究設計了一種新型計算機用水冷式散熱器，經(jīng)過實驗表明，該水冷式散熱器在散熱效率和噪音控制方面優(yōu)勢顯著，為未來計算機散熱技術的發(fā)展提供了一種有價值的參考方案。在享受水冷式散熱器帶來的優(yōu)異散熱效果的同時，也需要關注其在環(huán)保、智能化等方面的發(fā)展趨勢，以推動計算機行業(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。

參考文獻：

〔1〕李卓喜.計算機水冷系統(tǒng)散熱器的數(shù)值模擬及結構優(yōu)化研究[J].科技風，2019，32（31）：241-243.

〔2〕徐尚龍，張曉飛，豐瑞鑫，等.計算機水冷散熱系統(tǒng)設計與實驗研究[J].電子機械工程，2018，34（04）：15-17.

〔3〕許廷鍇.計算機液氣一體式CPU散熱器設計研究[J].電腦知識與技術，2022，18（36）：118-120.

〔4〕宋慧瑾，鄢強，朱曉東，等.一種筆記本電腦水冷散熱系統(tǒng)設計及散熱效果[J].實驗室研究與探索，2017，36（03）：55-58.

〔5〕高建芳，王學慧，胡明.一種計算機用水冷式散熱器[P].中國：ZL202320828044.8，2023-09-01.