CFD在数据中心运营中的优势——大型企业级数据中心案例

    作为IT整合项目的一部分，在实施多个大规模部署之前，要求使用CFD仿真软件协助改善数据中心运行情况，为客户提供决策依据。

    为此，FF创建了一个数字模型来表示机房现状。该数字模型与实际模型进行标定，对出现偏差的地方再进行调查，找出原因并加以纠正。在校准阶段之后，将分析仿真结果，以查看在增加负载之前是否需要其它改善措施。

图1：基准模型显示了数据中心的原始状态，其容量约为65％。

     分析显示，存在多个热点问题，会给机房带来超温带来风险。将模型负载加载到最大设计容量后，这些问题的影响会进一步增加。结果表明，在IT设备整合之前，需要对机柜和房间进行一些修改。

     由图可以看出，尽管整个房间的风量充足，但局部的风量仍然不足， 这导致某些封闭的通道变得微负压，从而导致热空气通过机柜盲板中的缝隙被吸入到IT入口。随着其他IT设备的安装，该问题会进一步被放大。

图2：冷通道（蓝色）和周围空间（绿色）之间的负压梯度

    该模型还揭示了现场设备中导致制冷效率低下的原因。大约有30％的空气通过高架地板孔泄漏，这对于冷却效率或效率而言都不是理想的。虽然通常要求密封电缆的穿透孔，但发现某些机柜的冷却气流仍会穿过这些穿透孔。为了解决这个问题，必须对机架进行密封管理，以确保冷却的设备获得足够的气流，同时提高房间的制冷效率。

图3：来自地板空隙的冷空气通过机柜电缆穿孔件向IT提供风量。

    大多数地板格栅都稍微不对称，这意味着其效果会受到其叶片方向的影响。

图4：地板格栅鳍片的深度在一个方向上比在另一个方向上高。

图5：速度图，显示了由于旋转90o而在格栅a（左）和b（右）之间的不同流动方式。

    速度图显示了来自不同地板格栅方向的合成流动方向中的差异。虽然散热片的尺寸变化较小，但气流受到了显著的影响。如图5（b）所示，按照此方法安装地板格栅，可使冷气流向机柜进口方向送出。

    根据结果分析，客户对机房进行了各种改进。包括密封电缆穿孔，地板格栅类型和统一叶片方向，根据通道压力分析来增加和移除地板格栅等。

    改善后，建议不再需要15Pa地板压力。通过仿真证明，控制点为10Pa即能够保持完全弹性和冗余量。由于降低了对地板格栅更换的敏感性，因此这种压差更加有效并使气流管理更加容易。

    Future Facilitie对流量控制策略进行了研究。将系统压差降低至10Pa以下，意味着风扇速度可以降低26％，从而使风扇功率降低至原始功率的56％。此外，降低供应压力设定点可降低运营成本。此外，它还减少了地板下高度射流的影响，如低压和不稳定涡流区域。

    在两种控制策略下模拟了完全冷却故障的场景，以预测IT到N + 25％设计冗余的弹性。在原始模型中，现有的问题被进一步放大。但是，经过优化的机房可以安全地以较低的成本运行。

     改造方案确定后，重点便转移到了未来的的IT部署上。为了验证新设备是否可以安全部署，构建并分析了以1MW设计能力运行的模型。

    结果表明，必须继续采用现有的密封策略，并且实施智能地板格栅布局，它们是维持机房安全运行的关键。通过对模型进行改进，可使房间能够达到设计能力，同时保持弹性。

     在整个IT设备整合项目中使用CFD仿真模型，将确保可以实现设计能力。可以使工作流程更高效，成本更低。