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两相被动浸入冷却是指使用改变相的沸腾液体来去除一个或多个表面的热量的冷却系统。
然后蒸汽被移动到冷凝器，然后被动地落回液浴。如果要冷却电子设备，那么液体需要介电介质，这些电子组件通常浸在密封容器中的液体中。
一些例子是高压牵引系统中的栅极关闭（GTO）晶闸管，绝缘栅极双极晶体管（IGBT），如图1a-b所示。
这种技术相当有前途，当设备以任意形式密集封装时尤其有用。
与传统的液体冷却系统相比，这种冷却系统具有价格竞争力，因为它不需要泵、风扇、冷板、软管、管组、接头等。
然而，传统上，电子和热工程师反对让活体电子设备直接与液体接触，而且有许多非热的、微妙的方面，在结合这种冷却技术时需要仔细考虑和考虑。
需要评估的不同的设计和实践方面可以列出如下：
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液体化学
a.物理属性
b.电气性能
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材料的兼容性
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对系统中的空气和水的影响
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“热性分解”
流体化学
在过去使用了氯氟碳（CFC），但由于它对臭氧层消耗的负面影响，它们的使用受到了限制。
氯氟化碳为全氟碳（PFC）让路，但由于其较高的全球变暖潜力，它的使用量也在下降。
目前，它们的替代品将主要包括氢氟醚（HFE）和氟酮（FK）。人们关注的是碳氢化合物的偿付能力。
可移动的有机污染物很可能进入浸没系统，一般来说，这些污染物是碳氢化合物，挥发性不太高。
PFC和FK流体对碳氢化合物的溶剂很差，而HFE则稍好一些。考里丁醇测试是对碳氢化合物偿付能力的一种测量，建议工程师拥有建议流体的KB值的数据。
一般来说，一个PCB和它上面的电子设备被设计成在空气中运行，具有其自身固有的双电特性。
当介质变为上述任何一种流体时，都需要仔细评估这些性能。一种可能的情况是，蒸汽气泡的运动导致流体的电特性的瞬态不连续。
此外，介电特性也与频率有关。HFE流体在高频下介电常数显著降低，图2，表明这不是高频应用的好选择。
对所设计的系统，应仔细考虑所选工作流体的特性。表1显示了在25°C下的代表性流体性能。
材料可混用性
两相冷却固有的两个过程是沸腾和系统健康，可能影响材料兼容性和凝结。在沸腾过程中，一些相对非挥发性的物质，如溶解在液体中的油被蒸馏留下。
由此产生的冷凝物（在蒸汽冷凝后）对同一物质具有很高的亲和力，因为它不含该物质。如果这种冷凝物与含有这种可溶解油的弹性体直接接触，它将提取或溶剂化这些油。
这可能会对沉浸式游戏的过程产生意想不到的后果。索氏萃取试验对于评估两相应用中的材料相容性非常有用。
对o型环样品进行索氏环提取相容性测试的典型装置如图3所示。对该测试的详细描述见。
有必要进行此测试，因为一种物质中的流体可溶性物质会影响另一种物质或流体本身。
此外，流体可溶性物质可以通过填充成核位置和增加热阻而对沸腾性能产生不利影响。
一般来说，提出的一些有用的设计技巧是：
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不得使用含有可提取有机物的材料
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预处理材料，以去除有机物
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通过使用活性炭在原位去除有机物
空气在系统中的影响
在密封的被动两相系统中存在空气会通过影响冷凝热传递导致系统在高于最佳温度下运行。
即使在自动净化空气的系统中，这也可能是流体损失的一个来源，因为一些蒸汽会随着空气一起排出体外。
由于空气中存在氧气而造成的腐蚀也是一个潜在的关注领域。
空气可以由于泄漏和或通过弹性体/塑料扩散而进入系统。
由于扩散是由系统和环境之间的分压差驱动的，所以即使当系统压力高于环境时，空气也可以进入系统。
图4清楚地显示了空气如何扩散到一个加压容器中，在这种情况下是一个气球。
为了防止空气进入或其对系统的影响，一些策略已经尝试和测试。
使用挥发性流体（沸点Tb<20°C），使系统压力即使在最低的预期环境温度下也保持高于大气温度。当操作温度接近临界温度或所需压力变高时，这可能不可行。
在GTO牵引逆变器等较大的系统中，使用了>48°C的流体，但使用严格的泄漏检查，如氦泄漏检查方法，以减少空气渗透。
另一种实用的方法，让系统呼吸到环境或必要时使用波纹箱，以保持所需的压力。该策略已成功应用在连续恒定功率的系统中，如数据设备。
在系统中的水的影响
一般来说，可以溶解在液体中的微量水不会对系统造成很大的危害。然而，液态的水可以溶剂化系统中存在的微量离子污染物，并具有腐蚀性。
液态水不与PFC流体反应，但在>150°C温度下恶化HFE流体的热分解。FK流体在室温下与水发生反应。
在这两种情况下，水会溶剂化某些成分并变得具有腐蚀性。一般来说，最好确保系统始终没有水。
当系统温度低于环境露点，空气进入系统时，水可以随时进入系统。
如果这个策略被用来减少空气的进入是让系统呼吸空气，环境露点低于系统温度，那么这就不是问题了。
然而，如果聚合物中含有大量的水，或者水通过可渗透的材料扩散，那么水仍然可以进入系统。
从系统中去除水的一种方法是使用干燥剂在制冷系统中进行现场排水。需要注意的一点是，通过预测可能进入系统的水量来使用适量的干燥剂。
表2显示了可用于不同流体的干燥剂。
热解
一般来说，在正常运行条件下，PFC和FK流体不太可能发生流体热分解，因为它们通常稳定在300个以下°C.HFE液体往往在200°C左右分解，不建议使用这些液体在150以上连续工作°C.
然而，在某些情况下，当流体中存在高压弧和设备故障导致高温、持续的温度时，分解是可能的，通常是在稳定的蒸汽膜下，也称为膜沸腾。
虽然这些失败是随机现象，但目前正在进行研究，以评估在这种情况下分解的程度。
通过注入碱性（pH ~ 11）氧化铝颗粒来原位去除分解产物，如过氟异丁烯。目前，人们正在研究其他合适的去除分解产物的试剂。
总之，两相浸入式冷却是冷却电力电子设备和高性能计算机的可行选择。然而，在实施这种冷却系统时，了解将在系统的正常运行中发挥重要作用的热方面是非常重要的。
热工程师除了了解两相浸没冷却技术的热性能外，还需要预先了解这些因素。
必须确保材料的兼容性，减轻空气和水进入系统的影响，选择合适的工作流体，并了解所选工作流体热分解的潜在风险。
