在技术不断推动性能和效率发展的时代，寻求有效的冷却解决方案比以往任何时候都更为重要。两相冷却技术的出现改变了热量管理的游戏规则，尤其是在人工智能和航空航天等要求苛刻的应用领域。了解这些系统对于最大限度地提高运行效率至关重要。
两相冷却系统利用相变原理，使用旨在优化散热的材料和组件。热导管、热虹吸器和蒸汽室等关键部件在增强热管理能力方面发挥着独特的作用。对于依赖高性能设备的行业来说，这些知识可以带来变革。
本文将全面介绍两相冷却技术，探讨其优点、组件和应用。我们还将讨论与单相方法的比较，并深入探讨推动该技术发展的创新进步。
目录
什么是两相冷却技术？
两相冷却技术是一种先进的系统，使用在液相和气相之间转换的工作流体。这一过程可在高性能应用中有效地管理和散热。其主要特点是泵送两相系统。它使工作流体循环、蒸发以快速散热，然后冷凝以重新开始循环。
蒸气室和热管等传统系统存在一些局限性。它们在热传导效率和距离方面都存在问题，尤其是在高密度电子应用中。然而，混合两相冷却系统（HTPCS）可以带走高达 4 千瓦的热量。这表明热通量能力有了显著提高。
两相浸入式冷却具有更多优点。它无需使用风扇等机械冷却装置，从而提高了能效和可靠性。这种减少也降低了能耗和对环境的影响。
两相冷却技术的优势：
- 提高效率： 利用流体的潜热来有效散热。
- 节约能源： 减少对额外机械冷却装置的需求。
- 高热流容量： HTPCS 有助于高密度应用。
- 环境影响： 降低总体能耗。
两相冷却系统的关键部件
两相冷却系统使用流体在高性能环境中有效地管理和传递热量。它们包括泵、冷板、冷凝器和蓄能器。系统设计用于处理不同的热容量，如 8 千瓦、30 千瓦和 50 千瓦。安全功能对于防止压力积聚和确保环境保护至关重要。
热管
热管是在封闭管道内使用蒸汽和液体的高效系统。常见的液体包括氨和水。热管的类型包括恒导热管、变导热管、二极管热管和环形热管。改进的设计将热管嵌入面板中，优化了尺寸和效率。HPP-2 实验等研究对热管进行了微重力测试，以便更好地了解热管。
恒温器
热喷器在底部收集热量，在顶部释放热量，常用于雪山地区的公路和铁路维护。它们在很大程度上依赖于方向，而方向会影响性能。热泵因其在特定情况下的可靠热量输送而备受推崇。
蒸汽室
蒸汽腔是一种扁平热管，用于增强 CPU 和功率电子器件的散热器。其设计可实现毫开尔文级的温度控制。坚固耐用的设计可以承受外力，超薄铜水等材料可以改善电子设备的冷却效果。它们可以很好地集成到散热器中。
环形热管 (LHP)
环形热管增强了毛细管泵的作用，即使在重力作用下也能有效管理热量。它们能分离热传递过程，提高冷却能力。环形热管有一个可精确控制温度的蓄水池，因此适用于高性能电子设备和热管理。
毛细管泵送回路（CPL）
毛细管泵式循环利用灯芯中的表面张力输送热量，无需外部泵。它们由蒸发器、蒸汽管路、冷凝器和液体回流管路组成。毛细管泵回路可确保持续的热量传输和高效的热管理，在工程应用中发挥着重要作用。
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两相冷却技术的优势
两相冷却正在改变我们管理电子系统热量的方式。这些系统使用介电流体，不像空气冷却方法那样受灰尘影响，因此更加可靠。由于无需使用嘈杂的风扇，因此可以大大节约成本。Opteon™ 2P50 等两相技术对环境的影响较小，臭氧消耗为零，全球变暖的可能性极低。此外，与传统系统相比，它们可以将数据中心所需的空间减少多达 60%，将资本成本降低 33%。由于故障点更少，这些系统的使用寿命更长，运行更可靠。
改进热管理
两相循环冷却技术在热量管理方面表现出色，尤其适用于体积更小、功率更大的设备。机械泵双相回路等先进技术可提供精确的温度控制。这些系统能在运行过程中有效处理热通量，保持稳定的温度。前馈模型预测控制等工具有助于管理热稳定性，即使是在温度频繁变化的情况下也是如此。 热负荷.令人印象深刻的是，两相浸入式冷却可将数据中心的能耗降低 90% 以上。这得益于其在密封设置中对液体和蒸汽的有效控制，与空气冷却相比，降低了故障率。
更强的处理能力
随着设备越来越小，它们产生的热量也越来越多，这对我们的热管理技能提出了挑战。在这种情况下，两相环路冷却系统至关重要，它能有效管理这些微型电子设备产生的热量。机械泵环路可在高性能情况下提供一流的温度控制。模型预测控制器针对这些回路进行了改进，在适应热负荷变化方面超越了传统的 PI 控制器。两相系统中的先进液体冷却为功能强大的电子元件提供高效冷却，从而提高性能和使用寿命。
紧凑型系统设计
在数据中心等狭小空间内，紧凑型设计的两相冷却系统大放异彩。这些系统中的专用冷板可蒸发液体，从而有效散热。浸入式冷却和热虹吸管等创新技术提高了有限空间的能效。泵送两相冷却系统结合了液体冷却和两相冷却的优势，以较小的占地面积实现了最大化的散热。这些系统支持高密度设置，同时不会降低效率。量身定制的解决方案，无论是新建还是改造，都能在保持紧凑的同时实现有效的热管理。
高效冷却解决方案
混合系统，如改良型混合两相冷却系统（MHTPCS），可以防止出现蒸发器芯子浸水等问题，因为浸水会导致热阻骤增。通过将毛细管力与机械泵循环相结合，MHTPCS 包括冷板、热交换器和泵，以实现最佳热管理。研究表明，在热量波动条件下，MHTPCS 的性能优于普通的混合式和泵送式两相系统。尤其是浸入式冷却，可大幅降低数据中心的能耗，降幅超过 90%。这种设计还提高了安全性和可靠性，与空气冷却系统相比，它将液体密封在水箱内，最大限度地减少了潜在故障。
比较：两相冷却法与单相冷却法的比较
两相冷却系统利用相变快速散热。这一过程支持更高的功率密度，因此比单相冷却更高效。 益处 两相冷却的优点包括
- 高效散热： 相变可加快冷却速度。
- 组件寿命更长 沸腾状态带来的稳定温度可减少热应力。
然而，两相冷却需要更严格的技术要求。 安全措施:
- 冷却剂容器： 防止蒸发或沸腾造成的损失。
- 微空洞风险： 会腐蚀金属部件，可能导致设备故障。
单相冷却的优势
- 简单： 更易于设置和维护。
- 操作更安全： 缺乏沸腾可降低压力风险。
主要区别
| 特点 | 两相冷却 | 单相冷却 |
|---|---|---|
散热 | 快速 | 较慢 |
组件寿命 | 更长 | 更短 |
复杂性 | 高 | 低 |
侵蚀风险 | 是（由于微空化） | 没有 |
行业应用与创新
抽水式两相冷却系统在高性能环境中茁壮成长。它们提供先进的热量管理，适用于许多行业。例如，美国国家航空航天局（NASA）的地球观测系统（EOS）仪器就采用了毛细管泵送回路技术，这充分展示了该技术在太空任务中的可靠性。商业用途包括医疗设备、能量回收系统，甚至娱乐设备。然而，微空穴侵蚀是一个挑战。它会导致设备故障和电源故障。因此，强大的安全系统对于防止压力积聚或冷却剂泄漏至关重要。
人工智能和机器学习
人工智能和机器学习正在为数据中心加热。随着这些技术的发展，它们需要更多的电力，从而产生大量热量。这就需要更好的冷却解决方案。浸入式冷却在应对这些热量挑战方面正获得越来越多的关注。高效冷却可确保设备即使在计算负荷很重的情况下也能发挥最佳性能。简而言之，随着人工智能的发展，我们也必须采用冷却方法来维持数据中心的效率。
云计算
云计算中的微型电子设备面临热通量挑战。两相循环冷却越来越受欢迎。随着设备的微型化，它能提供有效的热管理。机械泵两相环（MPTL）可提供精确的热控制。它们能很好地处理热负荷波动。前馈无偏移模型预测控制器 (MPC) 等先进的控制方法可提高温度精度。它们还能减少干扰。随着云基础设施的绿色化趋势，这些冷却系统可提高数据中心的效率。
航空航天与国防
新一代军事平台配备了强大的传感器和航空电子设备。这就提高了子系统的功率密度。先进的两相冷却系统在这方面至关重要。抽水式和混合式系统可有效解决热挑战。这些系统使用冷板，通过流体蒸发和冷凝来管理热量。即使在微重力环境下，机械泵式热控制系统也能有效控制热量。公司开发的解决方案可满足严格的航空航天和国防要求。这表明，有效冷却在恶劣环境中至关重要。
两相系统的维护注意事项
两相冷却系统对于管理现代电子设备中的热量至关重要。然而，维护这些系统需要关注其独特的挑战。这些系统经常面临频繁的热负荷变化。为解决这一问题，需要采用先进的控制策略，如模型预测控制。这能有效提高温度稳定性。
泵在两相系统中起着至关重要的作用，因此，要实现长期效率，就必须减少泵的质量并提高其耐用性。持续监测对于最大限度地减少沸腾阶段的不确定性非常重要。这有助于优化系统的整体性能。
以下是两相系统的主要维护注意事项：
- 蒸发过程:维护工作必须考虑到流量沸腾等影响运行的动态因素。
- 泵的可靠性:定期检查水泵，确保其轻便耐用。
- 控制策略:实施适应热负荷波动的策略。
两相冷却技术非常高效，尤其是当设备越来越小，产生的热量越来越多时。通过专注于这些维护领域，Trumonytechs 可以提供强大的 用于电动汽车/电动ESS 冷却和电池组的热管理解决方案.这确保了系统的可靠性能和使用寿命。
两相冷却解决方案设计指南
设计两相冷却系统涉及几个关键因素，以确保最佳性能。一种混合方法将机械泵送的两相回路与毛细管驱动装置相结合。这可以优化大功率设备的散热效率，例如电动汽车（EV）和储能系统（ESS）中的设备。
冷板在这些系统中至关重要。它们使用蒸发工作液来快速散热。使用非腐蚀性和非导电性液体对保护电子元件免受侵蚀和损坏至关重要。安全机制也至关重要。这些装置可防止压力积聚和冷却液蒸发，以免发生危险情况。
适当储存冷凝液体是必要的。它可确保热量去除和汽化的无缝循环。这可以通过在泵送两相冷却系统中使用蓄能器来实现。
关键设计元素：
- 混合系统：机械泵回路 + 毛细管装置
- 专用冷板
- 非腐蚀性和非导电液体
- 安全机制
- 液体储存器
这些准则有助于实现温度的稳定性和均匀性，保持高效的热管理。Trumonytechs 提供一系列解决方案，如电动汽车/电动ESS 冷却板和电池组热管理，以满足这些需求。
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抽水式两相冷却系统的创新
抽水式两相冷却系统彻底改变了高密度电子设备的热管理。通过使用先进的蒸发冷却技术，这些系统可将密度提高 2-3 倍。它们有 8 千瓦、30 千瓦和 50 千瓦三种型号。定制选项可确保这些系统满足特定的性能需求。
这些系统使用惰性泵送两相冷却剂。这种选择大大降低了维护成本，减少了频繁更换冷却剂的需要。因此，可最大限度地减少停机时间，使其非常高效。
以下是抽水式两相冷却系统的一些主要特点：
- 更高的电子密度： 密度提高 2-3 倍。
- 能力各异： 提供 8 千瓦、30 千瓦和 50 千瓦的型号。
- 低维护： 惰性冷却剂可减少停机时间。
此外，这些系统在管理高性能半导体芯片的散热方面表现出色。它们支持前所未有的计算能力，是先进应用的理想选择。
创新不止于此--混合系统集成了机械泵循环和毛细管驱动机制。这样可以优化热性能，防止蒸发器芯浸水。
两相浸入式冷却技术的性能
两相浸入式冷却系统正在改变我们管理热能的方式。这些系统省去了风扇，提高了能效，从而大大降低了能源成本。与复杂的风冷系统不同，两相浸入式冷却系统更加简单，从而减少了故障点。
该技术的核心是 Opteon™ 2P50 液体，它以化学稳定性和介电特性著称。它与大多数服务器材料兼容，因此既有效又安全。在环保方面，Opteon™ 2P50 是一个赢家，它的臭氧消耗潜能值为零，对全球变暖的影响非常小。
这些系统不仅环保，而且节省空间。采用两相浸入式冷却系统可以将数据中心的物理占地面积最多缩小 60%。与空气冷却技术相比，这可节省大量资本支出，最高可达 33%。
两相浸入式冷却的优势：
- 能源效率
- 减少故障点
- 环境友好
- 节省空间
凭借这些优势，两相浸入式冷却为现代数据中心提供了卓越的热管理解决方案。
挑战与局限
两相冷却的挑战和局限性
两相冷却提供了高效的热管理，但也带来了挑战。一个主要问题是微空化。这会侵蚀电子设备中的金属，导致潜在故障。被侵蚀的颗粒可能会污染冷却液，降低其介电强度，增加短路风险。
用水是另一个令人担忧的问题。两相系统通常会将水引入数据机房，用于冷凝器冷却，这会因高压而带来风险。这可能导致泄漏或故障。
以下是一些主要挑战：
- 微空腔:造成金属腐蚀。
- 污染:导致介质失效。
- 水资源风险:数据室水压过高。
- 蒸发威胁:两相冷却剂会沸腾。
- 高成本:氟化液体的更换费用昂贵。
如果这些系统没有完全密封，可能会发生冷却剂蒸发。这会造成运行危险和效率低下。此外，氟化液体的成本很高。蒸发或污染造成的损失也会增加成本。因此，两相冷却系统虽然高效，但也需要精心管理，以避免这些隐患。
摘要
两相冷却对于管理电动汽车（EV）和储能系统（ESS）中的热量至关重要。Trumonytechs 专门提供以下解决方案 EV/ESS 冷却板 和热界面材料。这种冷却方式同时使用液体和蒸汽来传递热量，因此比单相冷却更有效。
两相冷却系统（包括浸入式冷却）采用介电液体，可防止电气元件短路。热交换器和冷板进一步增强了其处理高功率密度和流量的能力，同时将热阻降至最低。
Trumonytechs 的热管理服务通过保持稳定的结温和最高温度，确保电池组和电子设备的最佳性能。这种高能效系统对于寻求先进热解决方案的行业至关重要。
