来源 | Renewable and Sustainable Energy Reviews

链接 | https://doi.org/10.1016/j.rser.2025.115994

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背景介绍

随着大数据时代的到来和人工智能技术的快速发展，预计到2026年数据中心的电力需求将超过1000 TWh，其中超过35%的电力消耗用于冷却系统。此外，芯片的负载和热流密度每年都在增加，，传统空气冷却系统的传热系数已不足以满足高功率，高热流芯片，适用于大功率电子器件的新型高效液体冷却技术正逐步取代空气冷却方式，并拓展到国际市场。因此，选择能源-节能高效的散热解决方案对提升数据中心的散热能力、降低能耗具有重要意义，实现全球节能减排目标。

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成果掠影

近日，同济大学臧建彬团队综述了用于数据中心芯片冷却的四种两相液体冷却方式的最新研究进展和优化技术，包括直接液体冷却技术（两相浸没和喷雾冷却）和间接液体冷却技术（两相冷板和热管冷却）。它专注于在数据中心中具有高应用潜力的系统配置以及针对实际数据中心需求量身定制的冷却优化方法。间接冷却技术较为成熟，但冷却能力有限;喷雾冷却具有较高的冷却潜力，但安全性和稳定性不足;两相浸没冷却各方面表现良好，目前显示出显著的应用潜力。为计算能力蓬勃发展时代系统的应用类型和优化路径指明了方向。研究成果以“Efficient two-phase liquid cooling and optimization technology on the chip side based on high-power data centers: Summary and prospects”为题发表《Renewable and Sustainable Energy Reviews》上。

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图文导读

图1. a.数据中心及相关行业能耗趋势; b.数据中心各部分能耗占比; c.芯片负载及热流发展趋势; d.各冷却方式参数范围。

图2.从2004年到2024年a.全球数据中心液体冷却相关文献的分布; b.每种文献类型的数量; c.各大洲的文献数量; d.四种常见冷却方法的文献增长趋势。

图3.两相液体冷却及其强化技术结构框架。

图4. a.基于池沸腾机理的被动两相浸没冷却技术; b.基于流动沸腾机理的主动两相浸没冷却技术。

图5. a.常规两相浸没冷却系统的数值分析;b.六种不同实时动态运行负荷下两相浸没冷却系统的COP ; c.外冷凝两相浸没冷却系统的数值分析; d.三种不同冷凝方式的外冷凝系统。

图6. a.不同几何尺寸的标准微槽铜表面; b. T型微通道; c.矩形、抛物线和阶梯微通道; d.倾斜微通道; e.圆柱阵列微通道。

图7. CHF和HTC在亲水和疏水表面上的比较。

图8. a.两亲表面的圆柱形阵列; b.选择性两亲表面; c.多孔泡沫铜表面及其增强机制; d. V形连接的铜纳米线; e.多孔复合材料表面上的毛细芯吸驱动芯提取。

图9. a.沸腾条件下纳米颗粒的沉积; b.干点附近纳米颗粒沉积的环形区域; c.亲水性对纳米颗粒沉积的影响; d.不同表面粗糙度对纳米颗粒沉积的影响。

图10. a.毛细芯吸驱动堆芯提取梯度蒸汽室结构; b.垂直窄间隙池沸腾增强; c.三个亲水表面对垂直热源池沸腾的影响; d.用于池沸腾实验的相邻水平-垂直热源; e.研究不同角度下池沸腾的U形管数值分析; f.不同角度下池沸腾中的气泡形态。