| 摘要：本案例研究依据惠普公司和艾默生能源系统公司1999—2000年的工作(Stahl与Belady，200l;Patel等，200l)，开发了一个具有先进水平的冷却系统。在惠普公司的Richardson数据中心，开发出的最终产品被称为“Data-Cool”。 |
DataCoo1的换热器模拟如图4所示。为了在早先的特性测试的基础上模拟真实换热器的性能，规定了适当的传热性能。传热性能用冷却盘管的换热效率，来鉴别，以下是一些主要特性:
1)换热器效率ε；
2)通过每台换热器装置的风量;
3)进入每台换热器中的冷液温度Tc，in;
传递给冷液的热量由下式计算:
Qhex=ε（mcp）min（Th，in-Tc，in）
式中ε——为热交换器效率;
（mcp）——流体的热容量;
Min——热容量最小的流体(来自房间的热空气或冷流体);
Tc，in——为冷流体入口温度。
在此例中，来自房间内、通过每台换热器的热空气是热容量最小的流体。
换热器特性由以下参数确定:
l)风量，Th，in和冷液温度Tc，in；
2)效率ε和空气的比热容Cmin。
图4换热器定义
(2)CFD建模假设与主要措施
进行CFD模拟的目的是了解气流的流型，确定机架中所模拟隔仓的入口空气温度平均值。DataCoo1换热器被允许按前节中规定的性能参数运行。通过模拟可计算Th，in与Th，out，即换热器最终的入口和出口空气温度。有了最终进入换热器的平均空气温度，可以确定每台换热器装置的排热量。所有换热器排走的热量之和应等于房间排热量，利用这样的能量平衡作为模拟的初步校核。
(3)结果
将模拟结果与原型数据中心实测结果进行了比较。图5为房间平面图，图上带圈的数字是进行比较的位置。此外，为了后续比较，对机架进行了编号。在地板以上0.16ft(0.05m)、3.3ft(l.0m)和6.6ft(2.0m)高度处，对测试值与模拟值也进行了对比。
图5表示比较位置的房间平面图
图6~图7显示了指定高度处平面比较结果。在Y=0.16ft(0.05m)高度处，测试和模拟结果都表明房间中的区域1~区域5和区域10有热点;热力梯度也基本吻合;吻合稍差的有确实值表示;特别是区域7和区域11，在确实值和趋势方面显示出不吻合。在Y=3.3ft(1.0m)处也可观察到相似结果，点2和点6处的确实值出现了不一致。相似的吻合情况也可在Y=6.6ft(2.0m)处看到。模拟值与测试值不一致的主要原因多半是由于模型简化与剔除了一些实际细节，如管件和吊平顶而造成的。分析的主要结果也与测试一致，是大门对面部分(图5中位置1~6和10)的温度比大门附近，特别是比地板附近温度高，这是因为Z方向各机架排的间距不同的缘故。如无个别负责房间布局和冷却设施的设计者的帮助分析，此结论也许并不清楚。
图6Y=0.16ft（0.05m）处温度分布图
图9是所选入口空气温度的试验值与模拟值比较。通过查看平面中的热点，而不是所有72个隔舱入口温度数据的记录，可识别有潜在问题的区域，同时相应地检查了热点区域的入口空气温度。在图9中，对机架中的部件从底部到顶部进行了编号(位置l表示底部部件，位置4表示顶部部件)。结果表明:模拟能足以把握试验模式;间热能管理中可在哪些方面作出改进入口空气温度和机架级热梯度完全与试验模式有关;并能正确地指明在房间热能管理中可在哪些方面作出改进。
图7Y=3.3ft（1.0m）处温度分布图
图8Y=6.6ft（2.0m）处温度分布图
图9所选机架入口空气温度
5.总结
本案例研究概括了在惠普公司Richardson高密度数据中心所做的工作，这些工作说明了一些要点:
(1)采用头部以上供冷与地板下辅助送风，可应对散热量为49000Btu/hr(14.4kW)的机架、热密度超过557W/ft²(600OW/m²)的机房。如今，这样高的功率密度是前所未有的，并证明高功率密度情况下供冷可行。
(2)通过将所有服务器按相同方式面向热通道/冷通道，即使采用头部以上供冷，也能明显改善数据中心的供冷能力。它的冷却能力从286W/ft²(3080W/m²)到470W/ft²(5060W/m²)，通过行业中采用的热通道/冷通道最佳方案，冷却能力能改善64%。
(3)高密度应用中供冷系统故障将使温度迅速升高，故需要提供备份策略。
(4)本工作也证实了在数据中心环境中采用计算流体动力学(CFD)的有效性。
责任编辑：Honey
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