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风道结构对数据中心热性能的影响研究

姚喻晨  
【摘要】:随着“大数据”和“物联网”的快速发展,各行各业对于数据处理、信息存储和网络通信等的要求越来越高,数据中心的规模和数量都在急速上涨。数据中心具有服务器摆放密集、设备多、常年不间断运行、环境要求高等特点,内部服务器对于数据中心环境温度、湿度和供电条件都有极为苛刻的要求,是典型的能源密集型设施。通过合理设计数据中心结构,一方面可以满足数据中心密集型设备散热的要求,另一方面可以在保证服务器安全运行的前提下降低能耗,对节能减排具有十分重要的意义。数据中心热环境设计,最终体现在对气流组织的设计。国内外学者也对此进行了大量的研究,目前行业公认的服务器布置形式为“面对面、背对背”的布置,并采取地板下送风结构进行冷气流的输运和分配。但在地板下静压层内,冷气流依旧属于长距离输运,过程中必然存在气流不均匀分配的现象。更好的解决气流在长距离输运过程中的均匀分配问题,使进入冷通道的气流分布更为均匀,使之既满足服务器的冷却需求,又不造成因冷量过分积聚造成的能源浪费,是地板下送风结构数据中心必须解决的关键问题。本文对采用地板下送风结构的某数据中心进行了实地调研,并依照数据中心结构建立了物理模型,主要建立了典型的机柜下送风物理模型、地板下送风开放物理模型、地板下送风冷通道封闭物理模型和地板下送风热通道封闭物理模型。对于地板下送风结构来说,其地板下静压层高度和地板穿孔率是影响气流组织的关键性因素,本文建立了机柜下送风风口开启度分别为25%、50%、75%和100%的物理模型并进行热性能模拟,分别建立了地板下静压层高度500mm、600mm和700mm的物理模型,其地板穿孔率分别为10%、20%、30%和40%,并对各模型进行热性能模拟。对比分析了不同模型条件下的数据中心热性能,结果表明,在条件允许情况下,较大的地板下静压层高度更有利于气流的均匀分布,而较优的地板穿孔率在20%左右,相比较而言,地板下送风热通道封闭结构的气流组织分布情况更好。为了更好地解决冷气流长距离输运过程中的分配,在静压层内架设长笛型分配风管承担冷气流的输运,冷气流通过长笛型分配管上的风口流送出,在地板下静压层内混合后经穿孔地板流入冷通道内。本文中长笛型分配风管为矩形风管,送风孔为圆形风口,选取了热性能较好的地板下送风冷通道封闭物理模型和地板下送风热通道封闭物理模型进行进一步的模拟,并加设长笛型分配风管,分别改变送风孔半径为100mm、150mm和200mm,并改变送风孔方向为0。和180°。结果表明,长笛型分配风管增加了气流的动压,在一定条件下可有效地解决因冷气流流动造成的局部热点问题,可以得到更为均匀的气流组织分布,但因模型选取的变量较少,其规律性变化并不明显,还需要进一步的试验和研究。


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