闻发凡++涂淑平++李林星

文章编号：2095-6835（2016）13-0070-01

摘 要：为分析数据中心空调房间温度场的分布，为空调的安装和选型提供了理论基础。采用Fluent和Ansys模拟仿真软件分析其内部服务器散热和气流组织特点，并采用露点式蒸发冷却器作为送风处理机组，并通过对地板送风顶上排风、冷通道封闭这一具体气流组织方式，对其边界条件、初始条件进行简化，建立物理及数学模型，研究数据中心的温度分布。

关键词：数据中心；露点蒸发冷却；温度分布；CFD

中图分类号：TP308 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.070

根据能源研究所的统计，至2014-03，全国大约1/3的省市投资约2 700亿元来规划建设数据中心。随着电子计算机科学技术的发展和高密度散热通信机房的建设，电子计算机房空调系统及设备的设计与开发已成为暖通设计工作者所考虑的问题。

1 露点间接蒸发冷却空调系统

选取的机房采用露点间接蒸发冷却空调系统。露点式间接蒸发冷却机组放置于室外，仅向机房内通入机组制得的一次空气。这样就避免了精密空调放于室内漏水的风险，安全、可靠。机房内为架空地板，一次空气送入机房架空地板内，送风通过地板上的穿孔进入面对面布置的机柜内部。而机柜又有一定的通孔率，将两排机柜面对面布置于有地板穿孔的通道，送风被吸入机柜中。而热空气将被排出到没有地板穿孔的热通道中，再由天花板顶上的风机将热空气排出。机柜以面对面、背对背的形式布置，形成冷、热通道相间隔的状态，可减少局部热点的形成，并且为防止机房内部分送风不经过机柜内部而直接通过排风口排出或因混风问题而降低出风温度，所以将冷通道用绝热或传热系数较小的材料封闭，做到冷热通道隔离，从而达到服务器内部冷却的效果，减少能源消耗。

2 数据中心气流组织模拟分析

该数据中心尺寸为x=6.9 m（长），y=12.4 m（宽），z=3.5 m（高）。将开孔率为25%的送风地砖简化为尺寸是0.36 m×0.36 m的送风口，布置在冷通道内；回风口尺寸0.7 m×0.7 m，设在热通道内；数据中心服务器机柜的简化模型每排有7个，共4排（高热流密度热源），每排尺寸4.9 m×1 m×0.3 m。

为了使实际问题可以用数值方法模拟，并且保证模拟的可靠性和可行性，需对以上物理模型进行简化：①机房内服务器机架等设备的使用根据具体要求，有不同的使用情况，但变动不大，按机架热流密度不发生变化考虑。②机房内部有各种发热量少且不集中的设备，仅在较有限的时间段内使用，不将其作为热源处理。③架空地板内走线复杂，各个数据中心各不相同，在此空间内的送风气流情况不作考虑。④机房窗墙面积比较小，将窗户作为墙壁处理，均视为绝热。⑤机房管理人员数量很少，维护时间固定，其散热与灯光一起相对于服务器的散热可忽略。⑥送风通过穿孔地板送入室内，由于地板送风口形状只在出风口处对气流组织形式有一定影响，可以将穿孔地板送风面积换算成矩形送风口。⑦由于机柜是紧挨着布置的，在建立模型时，在横向上可以将同一排的7个机柜看作一个整体，而服务器本身又有一定的穿孔率。模拟时，可以将机柜上的服务器看作是书放在书架上，上下每排之间气流可以通过服务器之间的空隙穿过。

3 数值模拟过程

3.1 网格的划分

模拟使用的Fluent软件是在各种工程上又很广泛应用的CFD软件，它可以对流动的物理问题的具体特点，选取SIMPLER的算法。采用Gambit软件建立几何模型进行网格划分，网格划分数目为286万个。网格划分尺寸为0.1 m。

3.2 模拟计算结果分析

在Fluent中对该模型进行计算。迭代计算进行到700步左右之后各项残差基本满足收敛条件。送风温度较一般舒适性空调送风温度高，防止结露；送风速度为5.0 m/s，以保证送风量要求。

由于送风速度较高，气流很可能流经服务器表面而直接从机房上部排风口排出，起不到对发热面的冷却作用。因此，在冷通道上部及前后，都加了传热系数很小的挡风板，形成封闭的冷通道。

为了便于机房内部温度分布比较，选取截面Z=-0.25 m、Z=-0.75 m、Z=-1.25 m（此3处截面为散热壁面表面）处作为分析面，分析室内服务器散热面的温度场分布状况。

从温度分布可以看出，服务器表面温度未超过50 ℃，达到稳态时，没有出现局部高温，说明冷通道封闭下送上回形式，能够迅速带走散热面散发的热量，除热效果良好，因此散热面的温度升高较低。在截面Z=-0.25 m、Z=-0.75 m的温度分布上，冷通道侧的温度相对于热通道侧的低，而截面Z=-1.25 m的温度分布上，冷通道侧的温度相对于热通道侧的高，是因为越靠近送风口处，送风速度越大，发热壁面在冷通道内与冷风来不及进行充分的热交换，散热效果不如上层好。总的来说，露点间接蒸发冷却对数据中心具有显著的冷却效果，同时该冷却方式也具有更深的研究价值和发展前景。

4 结论

分析数据中心气流组织的特点和合理的气流组织，并由所选用的数据中心对象的实际情况选用地板送风上部回风的气流组织形式，机柜以面对面、背对背的形式布置，形成冷、热通道相间隔的状态，对其边界条件、初始条件进行简化，建立了数据中心物理及数学模型，用Fluent模拟软件对温度场进行了模拟，得出了温度场分布，为房间内空调的安装和选型提供理论基础。

参考文献

[1]王福军.计算流体动力学分析[M].北京：清华大学出版社，2011.

[2]钟志鲲.通信机房的气流组织[J].邮电设计技术，2012（9）.

[3]阎超.计算流体力学方法及应用[M].北京：北京航空航天人学出版社，2006.

〔编辑：胡雪飞〕