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数据中央气流构造的数值研究
  • 利用CFD办法对数据中央机房内的气流构造停止了研究,分离对单个机柜和全体机房停止了分歧工况下的模拟,并提出了高热密度工况下的气流构造计划,为优化数据中央内的气流构造设计,低落数据中央的PUE偏向供给了根据。

    数据中央具有散热量大、散湿量 空调送风量大,并对空调体系的靠得住性请求极高等特色。不只对温度,湿度,洁净度有较高请求,而且对温度场的散布也有很高的请求。
      
      对数据中央停止气流构造设计的重要目标是为了使室内的温度、湿度、空气品格、空气流速等目标相符工艺的请求,满意空气散布特性(ADPI)的请求。而且与一样平常的空调体系分歧,因为数据机房散热量十分弘大,机房内布局,布局,设备发热量不均匀,而且对此中的每一台设备有严苛的温湿度请求。因此,做好数据中央的气流构造设计对全体机房的空调设计至关重要,同时也是空调设计的难点,往往颠末过程传统的实践阐发和方程推导是很难全面了解数据机房内的气流构造环境。为了加倍有用地对数据中央内的气流构造停止阐发及优化,目前重要采纳CFD(计算流体能源学)办法停止模拟研究。
      
      1 气流构造模拟的基本设定
      
      数据中央内的空气运动在颠末一段光阴后到达稳态,流态包含层流和湍流,为自然对流和强迫对流的混合运动;室内空气为低速粘性的不行压缩流体,且满意Boussinesq假设,即在自然对流中,除了动量方程中的浮力项中的密度是温度的函数外,其余统统求解方程中的密度均假设为常数。

    根据以上设定,数据中央机房内的空气活动与对流传热的节制方程可以或许或许写成如下情势:

    通用节制方程中各符号的详细情势见表1。
      
      2 单机柜气流构造的模拟
      
      当空调机组和和设备发热的负荷相匹配的时候,决定冷却效果的重要因素便是对机柜的气流构造。实际应用中常常发生冷量与负荷匹配但冷热不均的,冷却效果不佳的环境,构成某些效劳器局部过热而宕机。传统的机房送风办法重要有两种,一是上送下回式;二是下送上回式。
      
      首先采纳CFD软件对单个机柜的环境停止模拟,以某数据中央项目为基本设定条件。取单个机架尺寸为1.0m×0.6m×2.2m,机柜功耗为6kW,送风口回风口的尺寸都为0.6m×0.6m,并在机柜的一侧设置了一个风扇模子,模拟机柜内散热风扇的感化,如图1,对两种重要的送风办法停止模拟阐发。
      
      设置两个模子的入口速示为2m/s,排风口为压力入口,停止六面体网格的天生如图2所示:采纳一阶差分格式,并选用合适的松弛因子停止计算,获得的温度场散布如图3所示,可以或许或许发如今同样的送风量、风速、的条件下,下送上回办法的温度散布具有显著的优势,而上送下回办法办法中的温度散布很不正当,不只要超过45℃的地区出现,而且机柜内的温差较大。
      


      在速率场散布的两张图中部梢曰蛐或许看出,采下送上回办法,在机箱内的流线散布非常均匀,除了机柜最下部的速率偏小之外,全体机柜内在x偏向上的速率几乎是均匀的,而上送下回办法在x偏向上的速率散布很不均匀,上部显著偏小,下部越来越大,构成机柜内温差较大,局部温度超限;而且在机柜顶部构成为了一个显著的漩涡,匀体机房内的气流构造非常不利。
      
      颠末过程以上对模拟结果的阐发,可以或许或许得出,传统的上送下回办法并不能很好的顺应数据机房的特色,应采下送上回办法对数据中央机房停止气流构造办法。
      
      3 机房全体气流构造的模拟
      
      选取典型的数据机房模块停止模拟,机柜尺寸为1.0×0.6m,四个一列放置,两列机柜之间的高空上有1.2m宽的送风通道,称为冷通道,机柜阵列的另外一侧的天花板上设置回风口,称为热通道,宽度也是1.2m,送风平均速率设定为2m/s。一种模子为冷热通道不隔离,另外一种为冷热通道隔离,隔离板厚度为0.1m,如图5所示,

    分离用两种模子停止模拟计算,结果如图6-图9所示,可以或许或许显著看出在冷热通道隔离的环境下,数据机房内的气流构造加倍正当,机柜散热效果更好,但仍有很小的一部地区超过45℃的温度限值,但此部分地区位于机柜最下方不装设效劳器,故不影响全体散热效果。
      
      

    4 数据机房内气流构造的优化
      
      以后重要的数据中央单个机柜的功率密度在3kW-6kW的数目级的规模内,采纳下送上回的冷热通道办法基本上可以或许或许满意机柜散热的必要,但是当功率密度超过6kW时,这种办法也无法很好的满意机柜散热必要了。假设机柜的发热功率增长一倍,加大到每个机柜12kW(每台机柜的尺寸为1.2×0.6×2m),一列机柜四台总共48kW的发热量,其余条件不变的环境下停止模拟,获得的温度场散布如图10所示,可见有大批地区超过45℃,机柜内的最高温度甚至到达74.5℃,远不能满意冷却机柜的必要。
      
      在不改变几何条件和机柜发热量的环境下,为了到达工艺必要的冷却效果,可以或许或许增长送风量,将送风口的风速增大50%,到达3m/s,停止模拟,获得的温度散布如图11所示,可见在不改变气流构造的环境下,即使增大风量50%的环境下仍远不能满意机柜散热量较大时的必要因此在不大批增长送风量的环境下,就必要更好的利用气流构造来满意机架散热必要。在原有冷热通道的基础上,可以或许或许在机柜的下部间接开出送风口,而顶部间接开出风口,让气流加倍有用的在机柜内活动,其原理如图12所示。
      
      

    按照图12的原理树立模子,仍然设定机柜发热功率为12kW,平均送风风速为2m/s,颠末计算,因为增长了机柜底部的送风口,增长风量仅为27.7%,而这种气流构造的效果却远优于单纯增长冷通道送风量的办法,如图13~14所示,可以或许显著看出在优化的气流构造的条件下,温度场散布非常抱负,机柜内的温度基本在30℃一下,而且散布比较均匀,速率场在机柜内的散布也较为均匀,非常好的称心了发热功率较大的环场
      
       

     对付发热量更大环境,则可以或许颠末过程CFD模拟停止阐发,选用高架活化地板,液冷散热体系,甚至间接蒸发式散热体系。
      
      5 结束语
      
      颠末过程CFD模拟,咱咱咱们可以或许获得复杂流场内各个地位上的速率,温度,压力等的散布等环境。颠末过程对以上几种典型的数据中央停止CFD模拟阐发,得出如下结论:
      
      ①在数据中央的设计中,应优先考虑采纳下送上回的送风办法,并注意采纳正当的气流构造满意机柜散热的必要。
      
      ②对单机柜功耗为6kW~10kW的机柜,在1.2m冷通道的条件下,单纯增长送风量,提高空气流速已不能很好地消除机柜的发热量,必要采纳局部制冷或许扩大冷通道结合机柜内送风等办法来停止散热。
      
      ③当单机柜功耗超过6kW时,必要用专门CFD模拟软件停止模拟,以验证所采取的空调计划是否可行。
      
      CFD模拟技术可以或许帮助咱咱咱们更好地设计空调体系,优化气流构造,以较小的能耗满意工艺散热的必要,提高设备运行的靠得住性,帮助咱咱咱们对制发热考侗的数据中央正当地抉择空调计划。
      
      参考文献
      
      [1]孙研.通讯机房节能综合解决计划[J].电信工程技术与模范化,2006年第6期:P26-29
      
      [2]王福军.计算流体能源学阐发——CFD软件原理与应用.北京:清华大学出版社2004.9
      
      [3]肖剑春.通讯机房空调气流构造模拟及参数调节[M].黑龙江.哈尔滨工业大学.2008.
      
      [4]魏蕤,简弃非,杨苹.空调布局对数据机房内热环境影响的试验与仿真研究[J].暖通空调,2010,40(7)>2019-05-17.
      
      小我简介
      
      代锐,男,生于1982年5月,2010年6月毕业于北京邮电大学办理科学与工程专业,获工学博士学位。2010年6月至今就任于国度计算机网络应急技术处理协调中央,任职期间承当该单位数据中央打造任务。
      
      刘俊贤,男,生于1988年8月,2011年6月毕业于西安科技大学通讯与信息体系专业,获工学硕士学位。2011年7月至今就任于国度计算机网络应急技术处理协调中央,任职期间承当该单位数据中央打造任务。
      
      编辑:Harris
      

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