数据机房冷区内气流组织的优化

　　建立数据机房冷区内气流流动的物理及数学模型，利用FLUENT软件模拟冷区内气流的流场分布，模拟值和实测值相吻合。针对模拟数据机房冷区内气流组织的缺点，从服务器进风均匀的角度提出改善方案，再通过FLUENT软件模拟分析。研究结果表明:导流板厚度对冷区服务器的进风均匀性影响不大，导流板高度需覆盖服务器进风的整个高度。静压挡板距离主风口0.40m的冷区气流流场最优，此时冷区服务器进风较均匀，同一竖排服务器进风速度基本一致，保证了服务器工作时能有效散热。

1、前言

　　随着计算机产品集成化程度的提高，单位面积散热量大幅增长，机房热负荷明显增大。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为高热流密度设备的巨大发热量给机房供冷提出严峻的考验，机房内供冷不均匀和局部热岛现象不断出现。在数据机房新建和改造中，机房服务器的散热以及空调系统的节能成为目前研究的重点。

　　国内外许多研究者对数据机房的气流组织进行了研究，VishwasBedekar通过模拟数据机房空调的80个不同位置点和3种不同风速，得出最佳的机房空调位置和风速。SiddharthBhopte数值研究了静压箱深度，天花板高度和冷通道位置对机架入口温度的影响，通过优化多变量方法得到最小的机架入口温度。魏蕤等研究了空调室内机不同布局形式下整个机房的气流组织分布及其对机房环境的影响，研究表明空调室内机的布局关乎整个机房回风是否顺畅以及冷量能否有效利用。李扬针对某典型的冷热通道隔离布局方案、地板送风系统数据通信机房，结合当前机房中服务器的安装特点，提出了在服务器前后端安装导流板以改善局部的气流组织的方案。方黎达提出了空调直接向机架的冷通道送风，由热通道直接回风，同时在两列机架的正面进风侧建立封闭冷池的供冷方案，保障数据设备机房的安全运行。本文利用Fluent软件对数据机房冷区内(即隔开后的封闭冷通道)气流组织进行数值模拟，分析其冷区内气流的速度分布情况，优化静压箱内静压挡板及导流板的布置。

2、计算模型

　　2.1、模拟对象及其简化物理模型

　　本文以广州某数据机房为模拟计算的工程实例，数据机房的简化结构如图1所示。

图1 数据机房热区和冷区的示意

　　服务器在机架中采用面对面、背靠背的形式放置，机架中未装服务器的垂直空间均安装挡板，因此可将整个机房分成两类区域:

　　(1)空调送风口至各服务器进风口组成的区域，定义为冷区;

　　(2)由空调送风口、服务器出风口至空调回风通道进口组成的区域，定义为热区，空调回风通道进口即为热区出口。

　　为了研究方便，以3650服务器组成的单个冷区为研究对象，整个房间的长度为4.24m，主风口宽度为0.50m，高度为1.75m，送风风速为5.0m/s。以地面与主风口所在面的交线中点为坐标原点，冷区离主风口近的部分为静压箱，静压箱的高度为1.75m，长度为0.90m，宽度为1.20m，静压挡板高度为1.75m，总共有5块静压挡板，中间3块宽度为0.07m，两边2块宽度为0.035m，水平间隔均为0.07m，距离主风口0.25m。静压箱送风口宽度为1.20m，高度为1.30m。静压箱送风口均匀布置引导风向的导流板，导流板宽度为0.12m。两边导流板是底边为直角三角形的三菱柱，靠近三菱柱旁边的2个导流板为平行四边体，中间3个为长方体，其厚度和间距均为0.07m。导流板出口距离地面0.15m，距离冷区顶部0.30m。服务器出风口的高度为1.12m，宽度为0.22m(3650服务器出风口大小为总面积的一半，位于服务器背面的左侧)，相邻服务器之间的水平距离均为0.14m，冷区的高度为1.90m，冷区出口压力均为-5Pa。根据该冷区的实际结构尺寸，建立了如图2所示的物理模型。

图2 冷区的物理模型

4、结论

　　(1)利用FLUENT软件对实际数据机房冷区内气流组织进行模拟，模拟所得值与实测值比较，风速最大误差为7.2%，因而此计算模型可靠，可以有效预测数据机房冷区内气流的流场分布情况;

　　(2)调整导流板的厚度和高度并对冷区气流组织进行模拟，比较其气流组织，综合分析后得导流板厚度对冷区服务器的进风均匀性影响不大，导流板高度需覆盖服务器进风的整个高度;

　　(3)通过对静压挡板距离主风口不同距离以及无静压挡板情况下的模拟结果比较，得到静压挡板距离主风口0.40m时的冷区气流流场最优，此时静压箱内静压挡板使主风口整体的送风速度得到减小，静压箱送入冷区的气流流场均匀，同一竖排服务器进风速度基本一致，保证了服务器工作时能有效散热。