水冷散热系统利用泵使散热管中的冷却液循环并进行散热。在散热器上的吸热部分（在液冷系统中称之为吸热盒）用于从电脑CPU、北桥、显卡上吸收热量。吸热部分吸收的热量通过在机身背面设计的散热器排到主机外面。
当今个人计算机散热领域中，风冷散热器虽然基本脱离了高噪音暴力散热的怪圈，但却普遍朝着大体积，多热管，还有超重量的方向发展，这对用户在散热器的实际使用和安装方面带来了很大不便，同时也对电脑配件的承重承压能力带来很大的考验。鉴于上述后风冷时代所出现的困境，液冷散热器渐渐的被广大电脑用户所接受。
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。
液冷还有一个很重要的好处就是液体的热容量大，温升慢，有利于计算机在出现突发事件时确保不会瞬间烧毁CPU。 从开机后，温度缓慢上升，而风冷的温度是很快上升到一个稳定值，而在CPU有大型运算等突发事件时，尖峰可能会瞬间突破CPU的温度上限。而液冷则可以将这个尖峰很好的过滤掉，CPU的安全。
随着液冷散热系统的批量生产，液冷散热套装的价格也到了平民可接受的范围。发烧级玩家可以根据自己的需求按需组装液冷设备，当然一般玩家还是推荐使用风冷套装。 很多液冷厂家都提供了详细的安装教程。
水冷散热器的散热性能与其中散热液(水或其他液体)流速成正比，制冷液的流速又与制冷系统水泵功率相关。而且水的热容量大,这就使得水冷制冷系统有着很好的热负载能力。相当于风冷系统的5倍,导致的直接好处就是CPU工作温度曲线非常平缓。比如，使用风冷散热器的系统在运行CPU负载较大的程序时会在短时间内出现温度热尖峰，或有可能超出CPU警戒温度，而水冷散热系统则由于热容量大，热波动相对要小得多。
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，所以这部分的作用与风冷的散热片的作用是相同的，不同之处就在于水冷块留有循环液通过的水道而且是完全密闭的，这样才能循环液不外漏而引起电器的短路。
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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