如何选择液体冷却软管尺寸：流量、压降和机架冷却要求

引言

当工程师为AI服务器机架选择液体冷却软管时，第一个问题通常是：

我应该使用什么软管内径？

听起来很简单。实际上，软管内径由多个变量决定：

• 机架热负荷
• 所需冷却液流量
• 冷却液特性
• 温差
• 软管长度
• 内径
• 接头
• 快速断开接头
• 允许压降

一根物理上匹配连接器的软管仍可能是错误的液压尺寸。对于AI数据中心冷却，更好的方法是从冷却需求出发，反向推导软管规格。

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1. 从机架热负荷开始

冷却系统的存在是为了移除热量。因此，软管尺寸选择最终应与设备产生的热量相关。

简化的关系是：

在实际工程术语中：

这个顺序比从软管连接开始要有用得多。

2. 为什么AI机架功率很重要

传统数据中心机架的热负荷可能相对适中。AI机架则不同。高性能GPU系统会产生更高的热密度，使得液体冷却更具吸引力，因为冷却液可以在靠近热源处更有效地传输热量。

随着机架功率的增加，冷却系统可能需要：

• 更高的冷却液流量
• 更大的流通截面
• 更低的液阻
• 更高效的冷板
• 更大容量的CDU

软管只是这个液压网络的一部分，但其内径直接影响流动阻力。

3. 内径比公称连接尺寸更重要

这是软管选型中最重要的一点之一。连接器可能被描述为：

• 3/4英寸
• 1英寸
• 1-1/4英寸

但这并不一定能告诉你完整软管总成的实际流量能力。工程师应检查：

例如：

如果某个组件的内部通道明显较小，它就可能成为液压瓶颈。

4. 冷却液流量是主要尺寸参数

所需流量取决于：

• 热负荷
• 冷却液类型
• 供液温度
• 回液温度
• 期望温升

对于简化的水基冷却计算：

其中：
Q = 冷却液质量流量
P = 热负荷
Cp = 比热容
ΔT = 允许的冷却液温升

精确计算应使用系统设计者指定的实际冷却液特性和工程单位。

5. 简单示例

假设一个AI冷却回路必须移除100 kW的热量，并且设计允许冷却液温升为10°C。对于水基冷却，所需流量大致为：

这个例子说明了一个重要原则：高机架热负荷可能需要相当大的冷却液流量，这直接影响软管内径。

6. 软管内径与压降

增大软管内径通常可降低流动阻力。减小内径则通常会增加流速和压力损失。

简化关系为：

而：

然而，仅选择最大可用软管并不一定是最佳方案。较大的软管可能带来：

• 更高的材料成本
• 更大的接头
• 更大的弯曲要求
• 更多的安装空间
• 更大的冷却液容量

目标是合适的尺寸，而非最大尺寸。

7. 软管长度也影响压降

两根相同内径的软管，如果长度不同，其水力性能也不同。

当CDU离机架较远时，这一点变得很重要。较长的走线可能增加：

• 压力损失
• 冷却液容量
• 安装复杂度

因此，软管长度应纳入水力计算。

8. 不要忘记接头

软管并非压力损失的唯一来源。完整的冷却总成可能包含：

• 软管
• 弯头
• 转接头
• 快速断开接头
• 阀门
• 集管

因此，系统压力损失在概念上可以表示为：

这在高流量的AI冷却系统中尤为重要。

9. 快速断开接头可能成为瓶颈

快速断开接头对于机架维护极为有用。然而，工程师不应假设所有QD都具有相同的水力性能。

两个相同公称连接尺寸的接头可能具有不同的：

• 内部流通通道
• 压降
• 阀门结构
• 流量系数

因此，在指定液体冷却总成时，如有可能，应要求提供QD的水力性能数据。

10. 软管内径选择应遵循冷却架构

典型的AI冷却系统可能如下所示：

因此，不同位置所需的软管尺寸可能不同。

位置	典型设计考量
CDU → 机架	高流量、较长走线
机架 → 集管	流量分配
集管 → 冷板	分支流量
冷板 → 集管	回液流量
集管 → CDU	合并回液流量

没有理由认为系统中每根软管都必须具有相同的内径。

11. 供液和回液软管

供液和回液软管通常在回路中对应点处承载相似的总系统流量。然而，根据架构的不同，其工作条件可能略有不同。

工程师应考虑：

• 供液温度
• 回液温度
• 压力
• 流量
• 软管走线

两者都应根据完整冷却回路进行规范。

12. 避免仅根据现有硬件选择软管尺寸

一种常见情况是：

“CDU有一个1英寸端口，所以我们需要1英寸软管。”

这可能是一个合理的起点，但并非完整的工程规范。实际要求可能受到以下因素影响：

• 端口几何形状
• 接头内径
• QD通道
• 软管内径
• 所需流量
• 压降

正确的问题是：

13. 考虑软管弯曲半径

水力尺寸并非唯一考量。一根软管可能具有正确的内径，但如果无法正确走线，仍可能不适合。

急弯可能：

• 限制流量
• 增加机械应力
• 缩短软管使用寿命
• 给接头带来应力

因此：

14. 柔性软管需要安装空间

AI机架正变得越来越密集。空间被以下设备占用：

• 配电
• 网络线缆
• 冷却集管
• 服务器硬件
• 监控设备

因此，所选软管内径应在液压需求与安装空间之间取得平衡。这是高柔性软管结构能够提供实际优势的一个方面。

15. 如何选择软管尺寸：实用工作流程

对于AI液体冷却项目，以下工作流程很有用。

步骤	操作
1	确定热负荷 – 例如：机架 = 100 kW
2	确定冷却液 – 例如：水基冷却液
3	确定允许ΔT – 例如：10°C
4	计算所需流量 – 使用实际冷却液特性
5	确定允许压降 – 基于CDU/泵能力
6	评估软管内径 – 对比候选直径
7	加入接头和QD – 计算完整总成压损
8	检查机械安装 – 验证弯曲半径、长度、走线、连接方向
9	确认安全裕度 – 检查压力等级、温度等级、材料兼容性、总成性能

16. 示例软管选型矩阵

以下是一个设计框架，而非通用选型表。

冷却需求	初始设计方向
低机架热负荷	较小柔性软管可能足够
中等机架热负荷	中等内径，控制压降
高机架热负荷	较大内径 / 低阻力总成
CDU到机架长距离走线	特别注意压力损失
紧凑机架	优先考虑柔韧性和弯曲半径
高流量	将软管 + QD + 接头作为系统评估
高纯度冷却液	评估含氟聚合物选项
阻燃要求	考虑专用阻燃软管结构

17. 材料和尺寸必须一起选择

软管尺寸不能与软管结构完全分离。

材料	考量因素
EPDM	通常适用于水基冷却、柔性机架连接、一般数据中心冷却
硅胶	在柔韧性重要且温度性能要求苛刻时可考虑
PTFE / PFA	更适用于耐化学性、高纯度或特殊冷却液兼容性重要的应用

18. CJAN液体冷却软管选项

CJAN当前网站将液体冷却软管 / LCH 定位为专用于数据中心液体冷却系统的产品。

当前产品组合还包括：

• LCH – 用于通用液体冷却应用
• LCH‑SD – 用于数据中心液体冷却应用的阻燃EPDM软管
• LCH‑SDS – 用于数据中心液体冷却应用的超柔阻燃EPDM软管
• CJFLEX HAT – 用于IDC液体冷却系统的高气密性软管

产品架构概览：

最终型号仍应根据客户的实际流量、压力、温度、冷却液和安装要求来选择。

19. 向软管供应商提出的问题

在询价时，工程师应提供的信息远不止：“请报价1英寸液体冷却软管。”

更好的询价单应包括：

这些信息使供应商能够推荐实际可行的配置，而不仅仅是匹配公称直径。

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常见软管尺寸选择错误

#	错误	后果
1	软管内径匹配接口尺寸	匹配的端口并不保证足够的水力性能。
2	忽略压降	泵可能有足够的流量能力，但压力裕度不足。
3	忽略QD限制	限制性的QD可能抵消较大软管的优势。
4	使软管过长	较长的走线增加压降和安装复杂度。
5	选择最大的可用软管	过大尺寸可能造成不必要的成本和安装问题。
6	忽略弯曲半径	水力性能和机械安装必须一起评估。

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结论

液体冷却软管尺寸选择绝不应简化为单一问题，例如：

“CDU接口尺寸是多少？”

可靠的选型应从冷却需求出发，贯穿完整的水力和机械系统：

对于AI数据中心，随着机架功率密度的提高，这种方法变得越来越重要。

CJAN当前的液体冷却产品组合包括LCH、LCH-SD、LCH-SDS和CJFLEX HAT，可根据项目要求考虑不同的软管结构。

核心原则很简单：