一种用于单相电介质浸渍冷却剂的新型功能性加速热老化方法

《ACS Omega》：A Novel Functional Accelerated Thermal Aging Methodology for Single-Phase Dielectric Immersion Coolants

单相浸没式冷却系统通过加速热老化（100°C，6个月）和功能测试（Raspberry Pi 4）评估生物基酯L759的寿命，发现其酸值、比热容和电导率为关键指标，寿命可达16年，满足服务器需求。

　　随着高性能计算技术的迅猛发展，数据中心的热管理需求日益增长。尤其是在人工智能、机器学习和量子计算等前沿领域，服务器的功率密度已经达到了100千瓦甚至更高。这种高密度计算设备的广泛应用，不仅推动了技术进步，也带来了巨大的能源消耗问题。据预测，到2030年，数字行业将占全球能源需求增长的20%以上。为应对这一挑战，国际社会正积极寻求更高效的冷却解决方案，以减少数据中心的能源足迹。在这一背景下，浸没冷却技术因其在冷却效率和系统安全性方面的优势，逐渐成为替代传统空气冷却技术的重要选择。

浸没冷却技术的核心在于选择合适的冷却液，它不仅需要具备良好的热传导性能，还必须满足电气安全和防火要求。传统的氟化物冷却液虽然在冷却性能上表现优异，但由于其对人类健康和环境的影响，正逐步被限制使用。近年来，碳氢化合物和酯类冷却液因其环保特性和安全性而受到关注，但关于冷却液长期性能的研究仍然较为有限。当前的冷却液研究多集中在流体动力学和热传输机制上，以优化系统设计和操作条件，而对冷却液本身性能随时间变化的研究则相对匮乏。这种研究空白限制了对冷却液寿命的准确评估，进而影响了系统的可靠性和安全性。

本研究旨在填补这一空白，提出了一种系统导向的冷却液老化评估方法。该方法通过加速热老化实验，模拟冷却液在实际使用条件下的性能变化，从而预测其使用寿命。选择酯类冷却液L759作为研究对象，是因为其在热传导效率、防火性能和与聚氯乙烯（PVC）的兼容性方面表现出色。L759不仅具有较低的粘度，能够实现高效的热传递，还具备较高的闪点，确保了良好的防火性能。此外，其与PVC的相互作用非常有限，这在数据中心的电气设备中尤为重要。同时，L759在安全性和环保方面也具有显著优势，例如易于生物降解、无水生毒性、无全球变暖潜能（GWP）和无臭氧层破坏潜能（ODP）。

为了评估冷却液的性能变化，本研究在100°C下对L759进行了为期六个月的热老化实验，并在实验过程中加入了多种实际使用材料，以模拟真实环境下的冷却液与材料之间的相互作用。实验结果显示，老化后的L759在酸值、颜色和闪点等方面发生了变化，但这些变化仍在可接受范围内，表明其在实际应用中仍能保持良好的防火性能。酸值的增加表明冷却液在长期使用过程中可能会对铜材产生一定的腐蚀风险，但这种风险在实验中尚未导致明显的系统故障，说明L759在实际应用中仍具备较长的使用寿命。

此外，本研究还通过功能测试验证了老化后冷却液的冷却性能。将Raspberry Pi 4计算机浸入老化后的L759中进行测试，结果显示其CPU温度得到了有效控制，始终保持在80°C以下。这表明即使经过六个月的热老化，L759仍能提供可靠的冷却效果。同时，测试过程中未发现材料与冷却液之间的不兼容性，进一步证明了其在实际应用中的安全性。

通过分析热老化和实际使用条件下的数据，本研究确定了酸值（物理；主要）、比热容（热；次要）和电导率（电；次要）作为冷却液寿命的关键指标。这些指标的变化趋势表明，冷却液的性能在长期使用中逐渐下降，但其下降幅度在可接受范围内，足以满足当前和下一代服务器的使用寿命要求。因此，酯类冷却液在单相浸没冷却系统中展现出巨大的应用潜力。

本研究的方法论不仅适用于L759，还可以推广到其他冷却液化学体系，甚至扩展到其他使用绝缘液体的领域，如电池、电液泵和变压器等。这种方法为冷却液性能评估提供了科学依据，有助于推动浸没冷却技术的标准化进程。未来的研究应进一步探索冷却液在实际使用环境中的长期性能，开发更先进的冷却液配方，并研究浸没冷却对高速数据传输的影响，以全面评估其在高性能计算环境中的适用性和可靠性。