水冷

水冷是一种从部件和工业设备中散热的方法。使用水的蒸发冷却通常比空气冷却更有效。水便宜且无毒；但是，它可能含有杂质并导致腐蚀。水冷通常用于冷却汽车内燃机和发电站。高端个人电脑内部使用了利用对流热传递的水冷却器来降低CPU的温度。其他用途包括冷却泵中的润滑油；用于热交换器中的冷却；用于在HVAC和冷却器中冷却建筑物。

水价格便宜、无毒，并且在地球表面的大部分地区都可以使用。液体冷却提供比空气冷却更高的导热率。在室温和大气压下的常用液体中，水具有异常高的比热容，允许在低传质速率的情况下进行远距离有效传热。冷却水可通过再循环系统再循环或用于单程直流冷却(OTC)系统。水的高蒸发焓允许选择有效的蒸发冷却来去除冷却塔或冷却池中的废热。如果再循环系统依赖于蒸发冷却，则可以打开；如果在蒸发损失可忽略不计的热交换器中完成热量去除，则可以关闭。热交换器或冷凝器可以将非接触式冷却水从被冷却的流体中分离出来，或者接触式冷却水可以直接撞击在相位差允许容易分离的物品上，例如锯片。环境法规强调非接触式冷却水中废物浓度的降低。

水会加速金属部件的腐蚀，是生物生长的有利介质。天然供水中溶解的矿物质通过蒸发浓缩，留下称为水垢的沉积物。冷却水通常需要添加化学物质，以xxx限度地减少腐蚀和绝缘沉积物和生物污垢。水含有与大气、土壤和容器接触的不同数量的杂质。人造金属倾向于通过腐蚀的电化学反应恢复为矿石。作为金属离子和氧气的电导体和溶剂，水会加速被冷却的机器的腐蚀。随着温度的升高，腐蚀反应进行得更快。通过添加腐蚀抑制剂（包括锌、铬酸盐和磷酸盐）改善了在存在热水的情况下对机械的保护。前两个有毒性问题；最后一个与富营养化有关。杀生物剂和缓蚀剂的残留浓度对OTC和开放式循环冷却水系统的排污具有潜在影响。除设计寿命短的机器外，发生生物污染是因为水是许多生命形式的有利环境。再循环冷却水系统的流动特性鼓励固着生物定殖，以利用食物、氧气和营养物质的循环供应。温度可能会变得足够高以支持嗜热种群。热交换表面的生物污垢会降低冷却系统的传热率；冷却塔的生物污染会改变流量分布，从而降低蒸发冷却速率。生物污垢还可能产生不同的氧浓度，从而增加腐蚀速率。OTC和开放式再循环系统最容易受到生物污染的影响。临时的栖息地改造可以抑制生物污染。温差可能会阻碍在间歇运行的设施中建立嗜热种群；故意的短期温度峰值可能会周期性地杀死耐受性较差的种群。杀菌剂通常用于控制需要持续设施运行的生物污垢。氯可以以次氯酸盐的形式添加，以减少冷却水系统中的生物污染，但后来被还原为氯化物，以xxx限度地减少排污或返回天然水生环境的OTC水的毒性。随着pH值的增加，次氯酸盐对木制冷却塔的破坏性越来越大。氯化酚已被用作杀生物剂或从冷却塔中保存的木材中浸出。在pH值大于8时，次氯酸盐和五氯苯酚的有效性都会降低。非氧化性杀菌剂在将排污或OTC水释放到天然水生环境之前可能更难以解毒。已在冷却系统中保持多磷酸盐或膦酸盐与锌和铬酸盐或类似化合物的浓度，以保持热交换表面清洁，因此γ氧化铁和磷酸锌薄膜可通过钝化阳极和阴极反应点来抑制腐蚀。这些会增加盐度和总溶解固体，而磷化合物可能会为藻类生长提供限制性必需营养素，从而导致冷却系统的生物污染或接收排污或OTC水的天然水生环境的富营养化。除了冷却水系统中的有效缓蚀剂外，铬酸盐还可以减少生物污垢，但排污或OTC水中的残留毒性促使铬酸盐浓度降低，并使用不太灵活的缓蚀剂。总溶解固体或TDS（有时称为可过滤残留物）测量为当测量体积的过滤水蒸发时剩余的残留物质量。盐度测量由溶解物质引起的水密度或电导率变化。水垢形成的可能性随着总溶解固体的增加而增加。通常与结垢相关的固体是碳酸钙和碳酸镁以及硫酸盐。腐蚀速率最初随着盐度的增加而增加，以响应电导率的增加，但在达到峰值后随着盐度的增加而降低溶解氧水平。一些地下水从井中抽出时含有很少的氧气，但大多数天然水源都含有溶解氧。腐蚀随着氧气浓度的增加而增加。溶解氧在冷却塔中接近饱和水平。溶解氧在排污或返回天然水生环境的OTC水中是可取的。水电离成水合氢(H3O+)阳离子和氢氧根(OH-)阴离子。冷却水系统中离子化氢（质子化水）的浓度以pH值表示。低pH值会增加腐蚀速率，而高pH值会促进结垢。两性在水冷却系统中使用的金属中并不常见，但铝腐蚀速率会随着pH值高于9增加。在含有铜和铝成分的水系统中，电偶腐蚀可能很严重。如果pH值降低会抵消盐度和溶解固体的增加，则可以将酸添加到冷却水系统中以防止结垢。

很少有其他冷却应用能达到在发电站冷凝低压蒸汽所需的大量水。许多设施，特别是发电厂，每天使用数百万加仑的水进行冷却。这种规模的水冷可能会改变自然水环境并创造新的环境。在选址此类工厂时，河流、河口和沿海水域的热污染是一个考虑因素。在高于环境接收水的温度下返xxx生环境的水通过增加生化反应速率和降低栖息地的氧饱和能力来改变水生栖息地。温度升高最初有利于种群从需要高浓度冷水的物种转变为享受在温水中增加代谢率的优势的物种。直流冷却(OTC)系统可用于非常大的河流或沿海和河口地点。这些发电站将废热排入河流或沿海水域。因此，这些OTC系统依赖于良好的河水或海水供应来满足其冷却需求。此类设施建有设计用于以高流速泵入大量水的进水结构。这些结构往往也会吸引大量的鱼和其他水生生物，这些鱼和其他水生生物在进水屏上被杀死或受伤。大流量可以将包括鱼和虾在内的游动缓慢的生物固定在屏幕上，以保护热交换器的小口径管免受堵塞。高温或泵的湍流和剪切可能会杀死或禁用通过冷却水夹带的筛网的较小生物。超过1,美国有200家发电厂和制造商使用OTC系统，进气结构每年会杀死数十亿条鱼类和其他生物。更敏捷的水生捕食者会吃掉撞击在屏幕上的生物；温水捕食者和清道夫在冷却水排放物上定居，以夹带的生物为食。美国《清洁水法》要求环境保护署(EPA)发布有关工业冷却水取水结构的法规。EPA于2001年（2003年修订）发布了新设施的最终法规，并于2014年发布了现有设施的最终法规。

作为OTC的替代方案，工业冷却塔可以使用再循环的河水、沿海水（海水）或井水。工业厂房中的大型机械引风或强制通风冷却塔通过热交换器和其他水吸收热量的设备连续循环冷却水。然后通过冷却塔中水的部分蒸发将热量排放到大气中，在冷却塔中，向上流动的空气与循环向下流动的水接触。蒸发到大气中的水的损失由补充的淡水河水或新鲜的冷却水代替；但蒸发冷却过程中损失的水量可能会减少水生生物的自然栖息地。由于纯水的蒸发被含有碳酸盐和其他溶解盐的补充水所取代，一部分循环水也作为排污水不断排放，以防止循环水中盐分过多；而这些排污废物可能会改变接收水质。

发动机周围的水套在消除机械噪音方面非常有效，从而使发动机更安静。

开放式水冷却系统利用蒸发冷却，降低剩余（未蒸发）水的温度。这种方法在早期的内燃机中很常见，直到从水中溶解的盐和矿物质中观察到结垢。现xxx放式冷却系统不断浪费一部分循环水作为排污，以去除浓度足够低的溶解固体，以防止结垢。一些开放系统使用廉价的自来水，但这需要比去离子水或蒸馏水更高的排污率。纯化水系统仍然需要排污以去除化学处理副产品的积累，以防止腐蚀和生物污染。

水冷在大气压下的沸点温度也约为100摄氏度。在较高温度下运行的发动机可能需要加压循环回路以防止过热。现代汽车冷却系统通常在15psi(103kPa)下运行，以提高循环水冷却剂的沸点并减少蒸发损失。

使用水冷会带来冻结损坏的风险。汽车和许多其他发动机冷却应用需要使用水和防冻液的混合物来将冰点降低到不可能达到的温度。防冻剂还可以抑制异种金属的腐蚀，并可以提高沸点，从而允许更广泛的水冷温度。其独特的气味还提醒操作员注意冷却系统泄漏和问题，这些问题在纯水冷却系统中会被忽视。加热的冷却液混合物也可以通过加热器芯来加热车内的空气。

其他不太常见的化学添加剂是降低表面张力的产品。这些添加剂旨在提高汽车冷却系统的效率。此类产品用于增强性能不佳或尺寸过小的冷却系统的冷却效果，或者在较大冷却系统的重量可能成为劣势的比赛中。

大约从1930年开始，大功率发射器的管子通常使用水冷。由于这些设备使用高工作电压（约10kV），因此需要使用去离子水，并且必须小心控制。可以构建现代固态发射器，因此即使是高功率发射器也不需要水冷。然而，水冷有时也用于HVDC阀的晶闸管，为此也需要使用去离子水。

液体冷却技术越来越多地用于电子元件的热管理。这种类型的冷却是一种解决方案，可确保优化能源效率，同时xxx限度地减少噪音和空间要求。在超级计算机或数据中心中特别有用，因为机架的维护既快速又简单。机架拆卸后，先进技术的快速释放接头可消除溢出，以确保操作员的安全并保护流体的完整性（回路中无杂质）。这些联轴器还可以锁定（面板安装？），以便在难以进入的区域进行盲连接。在电子技术中，分析连接系统以确保：

• 无泄漏密封（清洁断裂，齐平面接头）
• 小巧轻便（特殊铝合金材料）
• 操作员安全（断开而不溢出）
• 适合优化流量的快速释放接头
• 连接导向系统和机架系统连接时的错位补偿
• 出色的抗振动和抗腐蚀能力
• 即使在剩余压力下的制冷剂回路上，也可承受大量连接

与空气冷却设计相比，水冷却通常会增加复杂性和成本，因为它需要泵、管道或管道来输送水，并且需要一个通常带有风扇的散热器来将热量散发到大气中。根据应用的不同，水冷可能会产生额外的风险因素，即水冷却剂循环回路的泄漏可能会腐蚀或短路敏感的电子元件。用于冷却计算设备中CPU内核的水冷的主要优点是将热量从热源传输到辅助冷却表面，以允许使用设计更优化的大型散热器，而不是直接安装在热源上的小型、相对低效的散热片。至少从1982年使用Fluorinert的Cray-2开始，就一直在使用用各种流体冷却热计算机组件。整个1990年代，家用PC的水冷逐渐在发烧友中获得认可，但在2000年代初推出xxx款千兆赫时钟处理器后，它开始变得更加流行。截至2018年，已有数十家水冷组件和套件制造商，许多计算机制造商都为其高性能系统预装了水冷解决方案。水冷可用于冷却许多计算机组件，但通常用于CPU和GPU。水冷通常使用水冷头、水泵和水-空气热交换器。通过将设备热量传递到单独的热交换器，该热交换器可以变大并使用更大、速度更低的风扇，水冷可以实现更安静的运行、提高处理器速度（超频）或两者的平衡。不太常见的是，北桥、南桥、硬盘驱动器、内存、稳压器模块(VRM)甚至电源都可以水冷。内部散热器尺寸可能有所不同：从40毫米双风扇(80毫米)到140四风扇(560毫米)，厚度从30毫米到80毫米。散热器风扇可以安装在一侧或两侧。外部散热器可以比内部散热器大得多，因为它们不需要安装在计算机机箱的范围内。高端机箱背面可能有两个橡胶垫圈端口，用于入口和出口软管，允许将外部散热器放置在远离PC的地方。T-Line用于从循环水中去除残留的气泡。它由一个T型连接器和一段封盖的管道制成。管n充当一个小型储罐，当气泡被捕获到三通连接器中时，允许气泡进入其中，并最终从系统中流出（排放）。封盖的管线可以用填充端口接头封盖，以允许释放截留的气体和添加液体。直到1990年代末，台式电脑的水冷却器都是自制的。它们由汽车散热器（或更常见的是汽车的加热器芯）、水族箱泵和自制水块、实验室级PVC和硅胶管以及各种水库（使用塑料瓶自制，或使用圆柱形丙烯酸或板材制成）制成。丙烯酸，通常是透明的）和/或T线。最近，越来越多的公司正在制造足够紧凑的水冷组件，可以放入计算机机箱中。这一点，以及更高功耗CPU的趋势，xxx提高了水冷的普及率。专门的超频者偶尔会使用蒸汽压缩制冷或热电冷却器来代替更常见的标准热交换器。由相变系统的蒸发器盘管直接冷却水的水冷却系统能够将循环冷却剂冷却到低于环境空气温度（标准热交换器不可能），因此，通常可以提供出色的冷却效果电脑的发热元件。相变或热电冷却的缺点是它使用更多的电力，并且由于温度低必须添加防冻剂。此外，绝缘，通常是水管周围的滞后和要冷却的组件周围的氯丁橡胶垫，必须使用，以防止因空气中的水蒸气凝结在冷却表面上而造成损坏。借用所需相变系统的常见地方是家用除湿机或空调。另一种冷却系统使组件能够冷却到环境温度以下，但不需要防冻剂和滞后管道，它是在JeanPeltier之后放置一个热电装置（通常称为“Peltier结”或“毛皮”，谁记录了这种影响）在发热组件和水冷块之间。因为现在xxx的低于环境温度的区域位于与发热组件本身的界面处，所以仅在该局部区域需要绝缘。这种系统的缺点是功耗较高。为避免Peltier结周围的冷凝造成损坏，正确的安装需要用有机硅环氧树脂灌封。环氧树脂涂在设备的边缘周围，防止空气进入或离开内部。Apple的PowerMacG5是xxx款将水冷作为标准配置的主流台式电脑（尽管仅在其最快的型号上）。戴尔紧随其后，推出了带有液体冷却功能的XPS计算机，使用热电冷却来帮助冷却液体。目前，戴尔xxx提供液体冷却的计算机是他们的Alienware台式机。华硕是xxx个也是xxx一个将水冷笔记本电脑投入量产的主流品牌。这些笔记本电脑具有内置的空气/水混合冷却系统，可以连接到外部液体冷却散热器，以提供额外的冷却和电力。

水是船舶的理想冷却介质，因为它们始终被水包围，通常全年保持低温。使用海水运行的系统需要由白铜、青铜、钛或类似的耐腐蚀材料制造。含有沉积物的水可能需要通过管道限制流速，以避免高速侵蚀或低速沉降造成堵塞。

植物蒸腾和动物排汗使用蒸发冷却来防止高温导致不可持续的代谢率。用于固定防御阵地的机枪有时会使用水冷来通过快速射击来延长枪管寿命，但水和泵系统的重量显着降低了水冷枪支的便携性。水冷式机枪在xxx次世界大战期间被双方广泛使用，但到了xxx结束时，在火力、效能和可靠性上可与水冷式机型媲美的轻型武器开始出现在战场上，因此水冷式武器开始出现。在随后的冲突中所起的作用要小得多。瑞典的一家医院依靠融水的雪冷却来冷却其数据中心、医疗设备并保持舒适的环境温度。一些核反应堆使用重水作为冷却剂。重水用于核反应堆，因为它是一种较弱的中子吸收剂。这允许使用浓度较低的燃料。对于主冷却系统，优选通过使用热交换器使用普通水，因为重水要贵得多。使用其他材料（石墨）进行慢化的反应器也可以使用普通水进行冷却。高级工业水（通过反渗透或蒸馏产生）和饮用水有时用于需要高纯度冷却水的工业厂房。这些高纯度水的生产会产生含有来自源水中的浓缩杂质的废副产品盐水。2018年，科罗拉多大学博尔德分校和怀俄明大学的研究人员发明了一种名为RadiCold的辐射冷却超材料，自2017年以来一直在开发。这种超材料有助于冷却水并提高发电效率，它可以冷却底部物体，通过反射太阳光线，同时允许表面以红外热辐射的形式释放热量。