数据中心设计中的CFD应用

数据中心是一个装有计算机服务器的大空间，其产生的大量热量导致对空间冷却的要求很高。这种高密度的热负荷也意味着适量的冷却气流需要到达所有的计算机设备。设备冷却空气供应的任何不足都可能因过热而导致故障，或者在极端情况下甚至可能导致火灾。

分析和预测气流设计风险的最佳方法是对数据中心内的气流进行计算流体动力学 (CFD，Computational Fluid Dynamics) 模拟。这CFD 数据中心仿真可以对设备布置的各个方面进行建模，包括：

• 穿孔地板/天花板
• 热/冷通道密封
• 每个服务器上热负载分布的差异性
• 地板下/架空通风系统
• 冷空气大堂

为了降低风险，应执行一系列CFD分析模拟，以涵盖数据中心的预期运行模式范围，包括以下四种主要分析类型：

A. 设计气流分析

数据机房内的基准气流分析包括数据机房每台服务器的设计冷负荷，冷却设备以最佳工况运行。这种类型的CFD分析提供了预期存在的典型操作条件的简要情况。这有可能确定一系列潜在问题，包括：

• 送风格栅的风量控制：当所有送风格栅都设置为恒定全开时，由于供气室中的压力分布，空气分布会变得不均匀。数据中心CFD分析可以帮助确定每个格栅的正确开启角度，以确保以最有效的方法实现每个格栅通过相等或必要的气流。

• 服务器配置：识别数据机房内的高功率服务器并量化提供高冷气流的位置。

• 热点区域：防止冷空气在进入服务器之前吸收热量。

 

B. 初始工况分析

如今建造的数据中心许多都是多租户的。因此，数据中心可能设计为满足一定工况的冷负荷需求，但实际可能要运营一段时间后才能达到该工况。因此，可以执行进一步的分析，其中可以将多个单元设置为“空”，并通过分析确定最经济的方式来冷却运行中的单元。这有助于预测运营初期的运营和运行成本。

 

C. 设备切换模拟

数据中心设计有冗余系统，以便可以在所有可预见的条件下不受阻碍地继续运行。可能发生的许多潜在故障之一，是冷却装置向数据机房供应冷空气时，冷却装置故障，导致大功率服务器热量积聚，在某些情况下还会导致潜在的火灾风险。这种风险甚至可能存在于“冗余”的二次冷却装置联机并开始提供冷空气的时间。CFD分析将确定这些故障场景的结果。分析可以指定哪个冷却单元应该充当冗余，这样如果发生故障，就不会出现可能导致设备损坏的过热区域。

 

D. 泄漏分析

与初始工况分析一样，多租户数据中心也面临不同服务器使用的挑战，因为整个服务器机架有时可能未被利用。盲板通常用于阻挡空机架槽处的气流。可以执行CFD数据中心模拟，以确定哪些机架位置最好留空。当使用密封特性时，这将有助于确定冷空气泄漏到热通道或热空气进入冷通道的影响。

 

CFD分析是一种成本相对较低的方法，可帮助规划一系列不同的突发事件，数据中心设计团队可以根据需要在施工前或施工后期执行尽可能多的不同情景分析，以最大限度地降低风险并减轻潜在故障在这样一个关键任务环境中。