【摘 要】
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本文介绍了一种应用辅助瓷砖与风扇的高架数据中心配置的房间级计算流体动力学(CFD)模型。辅助瓷砖是灵活布置的穿孔地板砖,将进入冷通道的冷空气进行合理分配,改善冷通道局部冷空气流量;风扇是带有轴流风扇的组合单元,通过将计算机机房空调(CRAC)单元提供的冷空气重新分配到地板下通风系统,从而增加了局部体积流量。据我们所知,尚无以前的研究对采用辅助瓷砖风扇的数据中心进行数值模拟。本文的研究内容主要包括以
【基金项目】
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中央高校基本科研业务费项目(N160304006)项目名称:数据中心精确风冷能耗机理及简化分析方法研究;
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本文介绍了一种应用辅助瓷砖与风扇的高架数据中心配置的房间级计算流体动力学(CFD)模型。辅助瓷砖是灵活布置的穿孔地板砖,将进入冷通道的冷空气进行合理分配,改善冷通道局部冷空气流量;风扇是带有轴流风扇的组合单元,通过将计算机机房空调(CRAC)单元提供的冷空气重新分配到地板下通风系统,从而增加了局部体积流量。据我们所知,尚无以前的研究对采用辅助瓷砖风扇的数据中心进行数值模拟。本文的研究内容主要包括以下几个部分:第一,在数据中心中引入动态分配的建模策略。在FloTHERM软件中开发计算流体动力学(CFD)模型,用于数据中心机房的三种配置:具有无源图块的基准案例,具有辅助瓷砖图块的基准案例,最后是具有有源图块的配置。这些基于物理的数值模型可用于优化设计参数,以防止热点而不会使整个数据中心过热。风扇单元可能会对通风压力产生重大影响,这会影响输送到冷通道的总流量以及从通风空间泄漏到房间空间的百分比。对于给定的计算机房空调(CRAC)鼓风机速度,主动地风扇速度的增加会增加总地砖空气的流速,并减少通风室内的冷空气泄漏。第二,应用FloTHERM软件和热力学与流体力学相关知识,对动态分配建模策略进行模型仿真分析与冷却性能评估。数据中心基于热力学定律的巨大潜力包括:本地改变冷却资源的能力和了解每个变量如何影响数据中心的状况。为了满足本地改变冷却资源的能力,本研究中关注的执行器包括辅助瓷砖开孔率和风扇可变的空气流量。第三,基于多元分析与最小二乘法的设计参数优化与最高温度寻优。采用双因素方差分析方法分析辅助瓷砖开孔率、风扇流量以及两变量之间的交互作用对数据中心热管理影响的显著性探究。应用最小二乘法原则,对机架入口最高温度进行非线性拟合,找到拟合方程式,根据拟合评价指标对拟合函数进行评估,最终确定方程式与拟合曲面;选用模拟退火算法寻找拟合方程式的最优值,依据经验与实际情况确定初始参数,在MATLAB软件中进行寻优迭代分析,将输出结果带入FloTHERM软件进行反向验证,验证结果表明寻优迭代策略是准确的。第四,应用热环境评价指标对数据中心冷却性能进行评价,分析数据中心制冷系统的能耗情况。选取基于热力学第一定律的SHI、RHI、RCI、RTI和β评价指标对数据中心房间级与机架级进行热管理评价,表征数据中心房间级与机架级热管理水平。采用动态分配策略后,对数据中心制冷系统进行能耗分析,表征数据中心制冷系统的能源节约情况。数据中心为全年365天24小时不间断运行,制冷系统的能耗优化将给数据中心带来极大的能源节约。
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