數(shù)據(jù)中心露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻溫度分布研究

聞發(fā)凡++涂淑平++李林星

文章編號(hào)：2095-6835（2016）13-0070-01

摘 要：為分析數(shù)據(jù)中心空調(diào)房間溫度場(chǎng)的分布，為空調(diào)的安裝和選型提供了理論基礎(chǔ)。采用Fluent和Ansys模擬仿真軟件分析其內(nèi)部服務(wù)器散熱和氣流組織特點(diǎn)，并采用露點(diǎn)式蒸發(fā)冷卻器作為送風(fēng)處理機(jī)組，并通過(guò)對(duì)地板送風(fēng)頂上排風(fēng)、冷通道封閉這一具體氣流組織方式，對(duì)其邊界條件、初始條件進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立物理及數(shù)學(xué)模型，研究數(shù)據(jù)中心的溫度分布。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；露點(diǎn)蒸發(fā)冷卻；溫度分布；CFD

中圖分類號(hào)：TP308 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.070

根據(jù)能源研究所的統(tǒng)計(jì)，至2014-03，全國(guó)大約1/3的省市投資約2 700億元來(lái)規(guī)劃建設(shè)數(shù)據(jù)中心。隨著電子計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和高密度散熱通信機(jī)房的建設(shè)，電子計(jì)算機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)及設(shè)備的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)已成為暖通設(shè)計(jì)工作者所考慮的問(wèn)題。

1 露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)

選取的機(jī)房采用露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)。露點(diǎn)式間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組放置于室外，僅向機(jī)房?jī)?nèi)通入機(jī)組制得的一次空氣。這樣就避免了精密空調(diào)放于室內(nèi)漏水的風(fēng)險(xiǎn)，安全、可靠。機(jī)房?jī)?nèi)為架空地板，一次空氣送入機(jī)房架空地板內(nèi)，送風(fēng)通過(guò)地板上的穿孔進(jìn)入面對(duì)面布置的機(jī)柜內(nèi)部。而機(jī)柜又有一定的通孔率，將兩排機(jī)柜面對(duì)面布置于有地板穿孔的通道，送風(fēng)被吸入機(jī)柜中。而熱空氣將被排出到?jīng)]有地板穿孔的熱通道中，再由天花板頂上的風(fēng)機(jī)將熱空氣排出。機(jī)柜以面對(duì)面、背對(duì)背的形式布置，形成冷、熱通道相間隔的狀態(tài)，可減少局部熱點(diǎn)的形成，并且為防止機(jī)房?jī)?nèi)部分送風(fēng)不經(jīng)過(guò)機(jī)柜內(nèi)部而直接通過(guò)排風(fēng)口排出或因混風(fēng)問(wèn)題而降低出風(fēng)溫度，所以將冷通道用絕熱或傳熱系數(shù)較小的材料封閉，做到冷熱通道隔離，從而達(dá)到服務(wù)器內(nèi)部冷卻的效果，減少能源消耗。

2 數(shù)據(jù)中心氣流組織模擬分析

該數(shù)據(jù)中心尺寸為x=6.9 m（長(zhǎng)），y=12.4 m（寬），z=3.5 m（高）。將開(kāi)孔率為25%的送風(fēng)地磚簡(jiǎn)化為尺寸是0.36 m×0.36 m的送風(fēng)口，布置在冷通道內(nèi)；回風(fēng)口尺寸0.7 m×0.7 m，設(shè)在熱通道內(nèi)；數(shù)據(jù)中心服務(wù)器機(jī)柜的簡(jiǎn)化模型每排有7個(gè)，共4排（高熱流密度熱源），每排尺寸4.9 m×1 m×0.3 m。

為了使實(shí)際問(wèn)題可以用數(shù)值方法模擬，并且保證模擬的可靠性和可行性，需對(duì)以上物理模型進(jìn)行簡(jiǎn)化：①機(jī)房?jī)?nèi)服務(wù)器機(jī)架等設(shè)備的使用根據(jù)具體要求，有不同的使用情況，但變動(dòng)不大，按機(jī)架熱流密度不發(fā)生變化考慮。②機(jī)房?jī)?nèi)部有各種發(fā)熱量少且不集中的設(shè)備，僅在較有限的時(shí)間段內(nèi)使用，不將其作為熱源處理。③架空地板內(nèi)走線復(fù)雜，各個(gè)數(shù)據(jù)中心各不相同，在此空間內(nèi)的送風(fēng)氣流情況不作考慮。④機(jī)房窗墻面積比較小，將窗戶作為墻壁處理，均視為絕熱。⑤機(jī)房管理人員數(shù)量很少，維護(hù)時(shí)間固定，其散熱與燈光一起相對(duì)于服務(wù)器的散熱可忽略。⑥送風(fēng)通過(guò)穿孔地板送入室內(nèi)，由于地板送風(fēng)口形狀只在出風(fēng)口處對(duì)氣流組織形式有一定影響，可以將穿孔地板送風(fēng)面積換算成矩形送風(fēng)口。⑦由于機(jī)柜是緊挨著布置的，在建立模型時(shí)，在橫向上可以將同一排的7個(gè)機(jī)柜看作一個(gè)整體，而服務(wù)器本身又有一定的穿孔率。模擬時(shí)，可以將機(jī)柜上的服務(wù)器看作是書(shū)放在書(shū)架上，上下每排之間氣流可以通過(guò)服務(wù)器之間的空隙穿過(guò)。

3 數(shù)值模擬過(guò)程

3.1 網(wǎng)格的劃分

模擬使用的Fluent軟件是在各種工程上又很廣泛應(yīng)用的CFD軟件，它可以對(duì)流動(dòng)的物理問(wèn)題的具體特點(diǎn)，選取SIMPLER的算法。采用Gambit軟件建立幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)目為286萬(wàn)個(gè)。網(wǎng)格劃分尺寸為0.1 m。

3.2 模擬計(jì)算結(jié)果分析

在Fluent中對(duì)該模型進(jìn)行計(jì)算。迭代計(jì)算進(jìn)行到700步左右之后各項(xiàng)殘差基本滿足收斂條件。送風(fēng)溫度較一般舒適性空調(diào)送風(fēng)溫度高，防止結(jié)露；送風(fēng)速度為5.0 m/s，以保證送風(fēng)量要求。

由于送風(fēng)速度較高，氣流很可能流經(jīng)服務(wù)器表面而直接從機(jī)房上部排風(fēng)口排出，起不到對(duì)發(fā)熱面的冷卻作用。因此，在冷通道上部及前后，都加了傳熱系數(shù)很小的擋風(fēng)板，形成封閉的冷通道。

為了便于機(jī)房?jī)?nèi)部溫度分布比較，選取截面Z=-0.25 m、Z=-0.75 m、Z=-1.25 m（此3處截面為散熱壁面表面）處作為分析面，分析室內(nèi)服務(wù)器散熱面的溫度場(chǎng)分布狀況。

從溫度分布可以看出，服務(wù)器表面溫度未超過(guò)50 ℃，達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，沒(méi)有出現(xiàn)局部高溫，說(shuō)明冷通道封閉下送上回形式，能夠迅速帶走散熱面散發(fā)的熱量，除熱效果良好，因此散熱面的溫度升高較低。在截面Z=-0.25 m、Z=-0.75 m的溫度分布上，冷通道側(cè)的溫度相對(duì)于熱通道側(cè)的低，而截面Z=-1.25 m的溫度分布上，冷通道側(cè)的溫度相對(duì)于熱通道側(cè)的高，是因?yàn)樵娇拷惋L(fēng)口處，送風(fēng)速度越大，發(fā)熱壁面在冷通道內(nèi)與冷風(fēng)來(lái)不及進(jìn)行充分的熱交換，散熱效果不如上層好。總的來(lái)說(shuō)，露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻對(duì)數(shù)據(jù)中心具有顯著的冷卻效果，同時(shí)該冷卻方式也具有更深的研究?jī)r(jià)值和發(fā)展前景。

4 結(jié)論

分析數(shù)據(jù)中心氣流組織的特點(diǎn)和合理的氣流組織，并由所選用的數(shù)據(jù)中心對(duì)象的實(shí)際情況選用地板送風(fēng)上部回風(fēng)的氣流組織形式，機(jī)柜以面對(duì)面、背對(duì)背的形式布置，形成冷、熱通道相間隔的狀態(tài)，對(duì)其邊界條件、初始條件進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立了數(shù)據(jù)中心物理及數(shù)學(xué)模型，用Fluent模擬軟件對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬，得出了溫度場(chǎng)分布，為房間內(nèi)空調(diào)的安裝和選型提供理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]王福軍.計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[2]鐘志鯤.通信機(jī)房的氣流組織[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2012（9）.

[3]閻超.計(jì)算流體力學(xué)方法及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天人學(xué)出版社，2006.

〔編輯：胡雪飛〕