升级到液冷系统可以让高端游戏机更长时间地更快运行

要点：

计算机中的液冷系统使用水或其他冷却剂吸收元件的热量，比传统的风冷更高效、更安静。

该系统包括泵、散热器、储液器和管道等部件，其运作方式类似于汽车的冷却系统。

液冷特别适用于产热量超过标准风冷系统能力范围的高性能或超频计算机。

无论你使用的是台式电脑还是笔记本电脑，如果停下手中的工作并仔细聆听，你很可能会听到一个小风扇的呼呼声。如果你的计算机具有高端显卡和强大的处理能力，你甚至可能会听到不止一个风扇在转。

在大多数计算机中，风扇可以很好地持续冷却电子元件。但对于想要使用高端硬件或让电脑运行得更快的人来说，风扇可能没有足够的功率来完成这项工作。如果计算机产生过多热量，液冷（也称为水冷却）是更好的解决方案。

将液体靠近精密电子设备似乎有点违反直觉，但用水冷却比用空气冷却效率要高得多。

PC液冷系统的工作原理很像汽车的冷却系统。两者都利用了热力学的基本原理——热量从较热的物体转移到较冷的物体。随着较冷的物体变热，较热的物体会变冷。你可以将手平放在桌子上凉爽的地方几秒钟，亲身体验这一原理。当你抬起手的时候，你的手掌会有些凉，而刚刚手掌盖住的桌面会有些温暖。

液冷是一种非常常见的过程。汽车的冷却系统使水（通常与防冻剂混合）在发动机中循环。发动机中的热表面使水变暖，并在此过程中被冷却。

水从发动机循环到散热器，散热器是一个由风扇和管道组成的系统，具有很大的外表面积。热量从热水转移到散热器，导致水冷却。然后冷水返回发动机。同时，风扇将空气吹到散热器的外部。散热器加热空气，同时冷却自身。通过这种方式，发动机的热量从冷却系统转移到周围的空气中。如果散热器的表面不接触空气并散发热量，系统只会将热量来回转移而不是摆脱它。

汽车发动机产生的热量是燃料燃烧的副产品。另一方面，计算机元件产生的热量是电子移动的副产品。计算机的微芯片上装满了电子晶体管，它们基本上是控制电路打开或关闭的电子开关。当晶体管在开和关之间改变状态时，电流就会在微芯片中移动。芯片包含的晶体管越多，它们改变状态的速度越快，微芯片就会变得越热。就像汽车发动机一样，如果芯片太热，就会出现故障。

散热器与液冷

像这样的散热器通过大表面积将热量从电子元件传递到空气中。

大多数计算机通过散热器和风扇来散热。散热器基本上是许多金属片，与空气接触时提供大表面积。微芯片加热散热器，散热器加热空气，风扇将热空气从电脑机箱中排出。

该系统大部分时间都很有效，但有时，电子元件产生的热量比简单的空气循环所能释放的热量还要多。具有大量晶体管的高端芯片可能会压垮空气冷却系统。超频或手动设置芯片以比默认速度更快的方式运作都会使空冷系统罢工。

这就是水冷的用武之地。水的导热率比空气高，它可以比空气更快地传递热量。水还具有较高的比热容。它可以在明显发热之前吸收更多的热量。

计算机需要水这种具有更高的导热率和热容量的物质的原因可能有两个：

它的电子元件产生的热量比周围空气吸收的热量还要多。

风扇需要交换很多的空气来冷却所有元件，从而产生太大的噪音或消耗太多的电力。

换句话说，你需要使用液体而不是空气来冷却计算机的原因可能有两个：

计算机内部的元件需要更强的制冷效果，而空气无法提供足够的制冷。

你希望你的计算机系统更安静些。

一定要注意，许多用户升级冷却系统是为了超频CPU或GPU。即使采用额外的冷却，持续超出制造商规格也会导致元件保修失效并导致长期可靠性的问题。

接下来，我们将了解液冷系统的元件以及它们如何协同工作。

液冷：系统零件

PC 的液冷系统很像汽车的冷却系统。A：气缸盖冷却，B：气缸体冷却，C：节温器，D：水泵（冷却液泵），E：散热风扇，F：散热器盖，G：膨胀水箱（储液罐），H：散热器，I：热交换器，J：热控阀，K：加热器芯，L：暖风风扇。

PC的液冷系统很像汽车的冷却系统。冷却液流过汽车发动机缸体中的通道，冷却系统的其余部分包括：

将冷却剂输送到系统中的泵

将热量散发到空气中的散热器

使空气流过散热器的风扇

可容纳额外液体并可轻松添加冷却液的冷却液储存器

连接系统不同部分的软管

许多电子元件不能直接接触液体。因此，液冷电脑不像汽车发动机那样使用通道直接向微芯片泵送液体，而是使用水冷头。水冷头是一块导热金属，例如铜或铝，里面充满了空心管和通道。水冷头的底部是一块平坦的金属，直接位于正在冷却的芯片顶部。芯片和水冷头之间的导热膏改善了两个表面之间的热传递。芯片加热水冷头，然后水流经所有通道时吸收热量。

许多中央处理器（CPU）的水冷头是通用的，但某些图形处理单元（GPU）的水冷头仅适用于特定芯片。你还可以找到用于冷却其他高温芯片组的水冷头，例如将CPU连接到内存的北桥散热器。通常，小螺栓和垫圈将水冷头固定到必要的印刷电路板（PCB）上，例如主板或显卡。

液冷泵和散热器

像这样的泵是液冷PC系统中最重要的部件，因为它们控制冷却液流过系统管道和冷头的速度。

PC的液冷泵通常是离心泵，很像汽车冷却系统中的泵。一些PC液冷泵是潜水式的，你可以将它们直接放置在PC的冷却液储存器内。而另外一些液冷泵需要保持干燥。如果你考虑使用潜水泵，请确保其外部温度不足以使水箱中的所有液体过热。

泵是电脑冷却系统中最重要的部件之一。它的流速决定了冷却液流过管道和冷头的速度。如果水移动太快，未来得及吸收热量水就流走了。如果移动太慢，敏感元件周围就会积聚过多热量。系统的复杂性影响整体流速——流体在冷头和散热器内遇到的阻力越大，整体流速越慢。

泵还必须足够强大，能够将液体从系统的最低点移动到最高点。这被称为压头或垂直压力，在液冷高的服务器塔时尤其重要。

PC的散热器可以是专门为液冷系统设计的，也可以是汽车的加热器芯。加热器芯可散发大量热量——它们在冬季为汽车加热系统提供暖空气。然而，加热器芯通常不如专门设计用于液冷系统的散热器那么有吸引力。

液冷系统储液器和管道

此图显示了液冷PC中的管道和储液器的复杂程度。

并非每台液冷系统PC都有风扇，但大部分都会使用风扇来帮助散热器更快散热。同样，并非每个系统都有单独的冷却液储存器，它们通常没有用于添加冷却剂和从系统中排出多余空气的加注/排气管道的系统。通常，加注/排气管道通向计算机机箱顶部的填充端口。

在液冷PC中，系统对管道提出了特殊的挑战。它必须足够灵活，以便能够连接彼此呈奇怪角度的元件。但它又不可以太容易被弯折——弯折的软管会严重限制流体通过系统的流动性。

在简单的液冷系统PC中，一根管子将泵连接到水冷头的入口。单独的管道从水冷头的出口延伸至散热器，再从散热器延伸至冷却液储存器，冷却液储存器通常位于计算机的某个CD-ROM插槽中。最后一根管子将储液器连接回泵。对于具有多个水冷散热器模块的系统，管道将一个模块的出口和下一个模块的入口连接起来，像菊花链（daisy chain）一样串联连接。

PC液冷液

PC液冷系统的最后一个元件是液体本身。许多人使用蒸馏水，因为自来水含有污染物，这些污染物可能会使系统混浊或堵塞水冷头和散热器中的通道。

特殊添加剂可以为液体增添颜色，使其在透明外壳中使用时更具视觉吸引力。它们还可以降低水的冰点或表面张力，使其成为更有效的冷却剂。最后，一些添加剂具有抗菌或防腐成分，可以增加系统的使用寿命。

如果你决定在计算机中安装液冷系统，最好让泵使液体循环一段时间，以便检查是否有泄漏。在测试期间，请保持计算机关闭，以防泄漏时损坏硬件。

一旦确定一切都无懈可击，就可以启动计算机。你可以在计算机的BIOS菜单中或使用第三方应用程序检查元件的温度。如有必要，你还可以在系统中的RAM芯片和其他高温元件上使用较小的散热器。

如果你喜欢液冷这个想法，但不想研究单个元件，你可以购买即用型装置或套件。独立单元可以直接插入计算机的扩展插槽或电源，并为特定芯片提供液冷。套件包括你需要的所有零件以及组装说明；只需确保随附的部件与你的计算机硬件兼容即可。一些公司还销售带有工厂预装的液冷系统的高端电脑。

当水不够冷时

如果你想要对PC部件进行冷却，而液冷系统无法满足你的需求，那么你可以使用珀耳帖（Peltier）装置代替标准水冷头。珀耳帖装置是一种热电器件。当你给它通电时，热量就会从一侧转移到另一侧。换句话说，珀耳帖装置的一侧会非常冷，而另一侧会变得非常热。珀尔帖装置的冷侧可以冷却微芯片，而液冷系统的水可以将热量从热侧吸走。

有些人更喜欢使用这些装置的系统，因为它们可以将PC的元件冷却到远低于环境温度。然而，这些装置还需要额外的预防措施。由于珀耳帖装置的冷侧比周围空气冷，因此很容易积聚冷凝水。如果没有足够的防冷凝保护，珀耳帖系统可能会导致短路。

翻译内容仅代表作者观点

不代表中科院物理所立场

作者：Tracy V. Wilson & Talon Homer

翻译：Meyare

审校：7号机

原文：How Liquid-cooled PCs Work

编辑：7号机