來源：Applied Thermal Engineering

原文：https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.121667

01 背景介紹

數據中心的運行和熱管理消耗大量能源，此外，冷卻系統消耗的電力約占數據中心運營所需總電力的 40% 。因此，提高冷卻系統的效率可以節省數據中心的能源使用。數據中心的冷卻技術可分為三類：房間級冷卻、機架級冷卻和芯片級冷卻。在房間級制冷時，計算機房空調 (CRAC) 裝置和計算機房空氣處理 (CRAH) 裝置等系統用于冷卻數據中心機房空氣。CRAC 裝置通過充滿制冷劑的蒸發器冷卻室內空氣，而 CRAH 裝置通過水-空氣熱交換器冷卻室內空氣。在機架級冷卻中，冷卻設備放置在單個服務器機架的側面或后部，這些冷卻設備冷卻離開服務器的熱空氣。在芯片級冷卻下，服務器電子芯片與冷卻裝置直接接觸進行冷卻。由于縮短了散熱路徑，芯片級冷卻比機架級和房間級冷卻技術更有效。因此，開發高性能相變芯片級冷卻技術對于數據中心節能具有巨大潛力。芯片級冷卻可以通過冷卻裝置間接冷卻芯片或直接將服務器浸入介電液中來實現。浸入式冷卻的缺點是比熱和潛熱低、流體泄漏問題以及初始成本高。通過熱管或熱虹吸管等相變傳熱裝置進行的間接芯片冷卻是有前途且具有成本效益的。

02 成果掠影

近期，印度理工學院Arvind Pattamatta老師團隊開發了一種具有增強性能的新型集成扁平熱虹吸散熱器 (IFTHS)，可助于能源密集型數據中心的節能芯片級熱管理。IFTHS具有集成空心翅片的冷凝器，其中空心翅片的內表面用于冷凝，外表面用于空氣側對流冷卻。團隊研究了不同填充率下 IFTHS 的熱性能，以找到性能最佳的填充率。超疏水冷凝器由于冷凝水回流和滴狀冷凝更快，性能提高了16%。超疏水冷凝器和微通道蒸發器的組合將性能提高了36%。與基線傳統平板熱虹吸管相比，IFTHS 配置的整體電阻、最高溫度和散熱器重量分別降低 19–41%、8–25 °C 和 44–46%。當采用IFTHS配置代替基準配置來冷卻數據中心服務器中的電子芯片時，電子元件的壽命可提高3.73-17.75倍，室內空氣冷卻負荷可減少8.04-25.12 kJ/kg。研究成果以“A novel integrated flat thermosyphon heat sink for energy-efficient chip-level thermal management in data centers”為題發表于《Applied Thermal Engineering》。

03 圖文導讀

圖1 (a)實驗裝置的原理圖。(b)實驗裝置。(c) IFTHS系統的爆炸視圖。

圖2 (a)IFTHS蒸發器（所有尺寸均為mm）。(b)熱電偶的位置安裝在蒸發器上。(c)IFTHS冷凝器（所有尺寸均以mm為單位）。(d)集成空心翅片冷凝器橫斷面圖（所有尺寸均為mm)。(e)冷凝器上的熱電偶位置。

圖3 (a)超疏水冷凝器表面和接觸角（CA）的制備詳細說明了[10]。帶有微型通道的(b)蒸發器（所有尺寸均為mm）。

圖4 具有不同冷凝器幾何形狀的平面熱虹吸管說明：無翅片的(a)冷凝器、帶固體翅片的(b)冷凝器（基線配置）和帶集成空心翅片的(c)冷凝器（IFTHS）。

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