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一套典型的水冷散热系统具有以下部件：水冷块、循环液、水泵、管道和水箱或换热器。水冷块是一个内部留有水道的金属块，由铜或铝制成，与CPU接触并将吸收CPU的热量。循环液由水泵的作用在循环的管路中流动，如果液体是水，就是我们俗称的水冷系统。吸收了CPU热量的液体就会从CPU上的水冷块中流走，而新的低温的循环液将继续吸收CPU的热量。水管连接水泵、水冷块和水箱，其作用是让循环液在一个密闭的通道中循环流动而不外漏，让液冷散热系统正常工作。水箱用来存储循环液，换热器就是一个类似散热片的装置，循环液将热量传递给具有大表面积的散热片，散热片上的风扇则将流入空气的热量带走。
水冷散热与风冷散热其本质是相同的，只是水冷利用循环液将CPU的热量从水冷块中搬运到换热器上再散发出去，代替了风冷散热的均质金属或者热管，其中的换热器部分又几乎是风冷散热器的翻版。
从水冷散热原理来看，可以分为主动式水冷和被动式水冷两大类。主动式水冷除了在具备水冷散热器全部配件外，另外还需要安装散热风扇来辅助散热，这样能够使散热效果得到不小的提升，这一水冷方式适合发烧DIY超频玩家使用。被动式水冷则不安装任何散热风扇，只靠水冷散热器本身来进行散热，多是增加一些散热片来辅助散热，该水冷方式比主动式水冷效果差一些，但可以做到完全静音效果，适合主流DIY超频用户采用。
水箱用来存储循环液，回流的循环液在这里释放掉CPU的热量，低温的循环液重新流入管道，如果CPU的发热功率较小，利用水箱内存储的大容量的循环液就能循环液温度不会有明显的上升，如果CPU功率很大，则需要加入换热器来帮助散发CPU的热量，这里的换热器就是一个类似散热片的东西，循环液将热量传递给具有超大表面积的散热片，散热片上的风扇则将流入空气的热量带走。
水道全都遵循一个非常简单的设计理念。一个铜或铝片，上面有一些散热片。水进入到这里，在里面按照一个模式四处流动，模式被设计为使流过含有热量的水量大化。在纯铜底坐上增加金属隔板，将液体切割成N个部分进行充分制冷，通过吸收增加金属隔板上的热量来达到增加散热面积的效果，对水流没有任何约束。
散热器的性能对于一款水冷来说起着关键的作用，甚至可以用散热排的性能来衡量一款水冷。硬件性能的提升带来的大发热量，已不再只是CPU的专利，GPU的来势凶猛已远超CPU，北桥、硬盘、供电等硬件的发热量均不可小视，为多热源同时散热，发热量。单12CM散热排恐怕已经不能满足，现如今市面上的24CM、36CM的散热器已成主流，用户可以根据自己的散热需要来选择不同尺寸的散热器。
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