今天，我们继续来分享前期所学的论文，由徐世杰等人发表的《单相浸没式液冷系统的流动传热特性实验研究》。该文章研究的主要内容是：在浸没式液冷散热过程，数据中心服务器上多热源非均匀分布的实际工况差距。
实验过程中，研究人员构建了一套完整的单相浸没式液冷实验平台，包含浸没式液冷机柜单元、液体循环单元、冷却单元和数据采集单元。实验设计的核心特点在于：机柜内布置了5块模拟PCB，每块PCB上安装6个模拟芯片（共30个热源），通过调压器独立控制各芯片功率，从而能够比较还原地复现服务器多热源非均匀分布的实际情况。
本次实验过程中采用的冷却液为单相绝缘冷却液，控制变量包括冷却液体积流量和芯片总功率，评价指标涵盖芯片表面温度、等效传热热阻、系统压降和电能使用效率。
一、PCB位置对传热效率的影响
研究人员发现，当控制变量相同时，处于机柜主流区域的芯片温度波动较小，而位于流动死角的芯片温度波动较大。不仅如此，靠近冷却液入口区域的芯片传热受PCB位置的影响也要显著大于靠近出口区域的芯片。
研究人员将此现象归因于入口区域流动发展尚未充分，流场分布对局部几何布置更为敏感；而出口区域流动已趋于稳定，各PCB间的差异被充分混合的流场所均化。基于此，研究人员也建议在实际应用中，将大功率芯片布置于传热效果更优的主流区域，同时优化流道结构以避免流动死区的形成(如往期我们提及的增设折流板)。
二、冷却液流量对传热效率的影响
研究人员发现，当芯片总功率固定时，芯片表面温度随流量增大呈现先升后降再稳定的非单调变化。分析原因为：流量较小时，自然对流在热传递中占据显著份额；随着强制对流增强，自然对流被抑制，温度反而略有上升；当流量超过某一临界值后，强制对流的强化作用开始主导，温度转而下降。
不仅如此，当流量超过约4.0L/min后，继续增大流量对散热的改善效果会急剧衰减。这就说明，在实际应用中，存在一个经济性最优的流量区间，超过该区间后，边际收益极低而泵耗持续增加，从性价比方面考虑并不可取。
三、压降与黏度变化的耦合机制
实验过程中，当流量不超过4.0L/min时，芯片功率对系统压降几乎没有影响；但当流量升至5.4L/min时，功率从350W增至850W导致压降下降8.8%。
研究人员据此判断，低流量下冷却液平均温度较高且停留时间长，功率变化引起的温升幅度有限，黏度变化不大；而高流量下平均温度较低，功率增大导致温升引起的黏度下降更为显著，从而改善了流动特性。
四、影响能效的多维因素
研究人员发现，电能使用效率随功率增大而降低，随流量增大而升高，这体现了芯片发热利用效率与泵功消耗之间的权衡。功率较低时，流量从2.1L/min增至5.4L/min使电能使用效率提升13.0%；而功率较高时，同流量变化仅使电能使用效率提升5.6%。
这就意味着低功率工况下存在更大的节能空间。因此，在实际应用中，研究人员建议在保证芯片安全温度的前提下适当降低流量以节约泵耗。
当然，本实验研究和往期我们分析的类似，同样存在局限性，比如外循环回路流量和冷却水温度固定，未考虑环境温度波动和冷源条件变化的耦合效应；采用单一冷却液，未考虑其他不同导热性能冷却液等。所以，在实际项目中也需要谨慎参考本研究结果。