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Two-Phase vs. Single-Phase Immersion Cooling: Mechanism, Efficiency, and Application Comparison

LiPOLY®

Two-Phase vs. Single-Phase Immersion Cooling: Mechanism, Efficiency, and Application Comparison

兩相 vs 單相浸沒式液冷比較:兩相系統利用低沸點介電流體,透過核態沸騰與相變潛熱瞬間產生高達上千 W/m²·K 的局部熱傳導係數帶走大量熱量。單相系統則依靠強制對流散熱,其散熱關鍵在於擴大面積的鰭片設計與高效能的熱介面材料,以確保穩定的熱傳導路徑。

兩相浸沒式液冷系統

兩相系統主要利用核態沸騰的原理來帶走熱量,其熱傳導效率極高。研究顯示,在這種情況下,過多的鰭片反而可能阻礙氣泡的生成與脫離,降低效率。因此,許多兩相設計會使用裸露或經過微結構處理的平面,以最佳化沸騰與氣泡排散。

單相浸沒式液冷系統

只利用液體的液態單相,就像大型封閉式水冷一樣,透過強制對流來散熱,因此鰭片是關鍵設計,用以擴大散熱面積與優化流道。這類系統建議使用與散熱器及晶片相容的熱介面材料,以確保可靠的熱傳導。

PROPERTY

兩相浸沒式

單相浸沒式

換熱能力

局部對流係數可達數千 W/m²·K

對流係數僅數十 W/m²·K,需透過鰭片擴大表面積與優化熱介面材料降低界面熱阻

能源效率表現 PUE

能源效率最大化

顯著優於風冷,可平衡性能與成本

機制

低沸點介電流體在熱點處產生核態沸騰,帶走潛熱後氣體冷凝回液,依賴相變換熱

高沸點介電流體直接接觸熱源,經換熱器散熱,不發生相變,依賴自然/受迫對流

系統複雜度

高:需密封槽體、沸騰/冷凝管理、氣液分離裝置,設計與建置 CAPEX 較高

低:開放式或簡易循環系統,無需相變管理,維護與安裝流程簡單

流體成本與環境

流體多為氟化化合物,成本高且涉及 GWP/PFAS 風險,法規合規壓力大

流體配方可客製化,強調長壽命與腐蝕抑制,環保風險較低

適用場景

極限熱密度、空間受限、高效能計算,且具備沸騰管理與密封能力的機房

大規模雲端與企業部署、邊緣計算,高可用性/低維護需求場景

維護需求

嚴格:需防止流體揮發、定期檢漏與冷凝器清潔

較低:流體壽命長、無相變劣化,維保流程類似傳統液冷

兩相 vs 單相浸沒式液冷比較:兩相系統利用低沸點介電流體,透過核態沸騰與相變潛熱瞬間產生高達上千 W/m²·K 的局部熱傳導係數帶走大量熱量。單相系統則依靠強制對流散熱,其散熱關鍵在於擴大面積的鰭片設計與高效能的熱介面材料,以確保穩定的熱傳導路徑。
兩相 vs 單相浸沒式液冷比較:兩相系統利用低沸點介電流體,透過核態沸騰與相變潛熱瞬間產生高達上千 W/m²·K 的局部熱傳導係數帶走大量熱量。單相系統則依靠強制對流散熱,其散熱關鍵在於擴大面積的鰭片設計與高效能的熱介面材料,以確保穩定的熱傳導路徑。
兩相 vs 單相浸沒式液冷比較:兩相系統利用低沸點介電流體,透過核態沸騰與相變潛熱瞬間產生高達上千 W/m²·K 的局部熱傳導係數帶走大量熱量。單相系統則依靠強制對流散熱,其散熱關鍵在於擴大面積的鰭片設計與高效能的熱介面材料,以確保穩定的熱傳導路徑。
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