CFD仿真在模块化数据中心上的应用
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模块化数据中心是以微模块作为基本单位进行布置，每个微模块为一个独立封闭的空间，内部包含机柜、空调、UPS、配电列头柜、监控系统、消防设备等。微模块常采用行级空调与封闭冷通道结合的方式，能有效利用冷量，稳定地控制送风温度，降低了空调系统的能耗，并通过提高送风温度以提高机组效率。模块化数据中心的布局也影响着机柜的散热，应该通过CFD仿真技术对机房进行模拟，通过温度、速度、压力分布和气流组织等模拟结果，分析机房的运行状况。
01
模块化机房
模块化数据中心由机柜系统、冷通道系统、配电系统、空调系统、环境监控系统等组成。在某模块化机房项目中单一微模块由17台600mmx900mmx2050mm（宽x深x高）的服务器机柜和1台配电列头柜以及4台行间空调组成。列间空调分别布置在封闭冷通道两侧，封闭冷通道宽1200mm，满足日常维护和使用需求，整体布局如图1所示。
图1 模块化机房平面图
02
模块化机房建模
通过CFD仿真软件对模块化机房进行建模，机柜采用面对面布置，并封闭冷通道，能够把冷热气流进行分隔。通过对数字模型的结果分析，来反映实际机房的运行现状。
图2 模块化机房模型图
03
结果分析
6SigmaDCX软件提供了多种结果的可视化显示，包括机房的温度、速度、压力等温度分布，以及机柜、空调等设备的结果显示，还能够通过对应的气流组织分布来进行结果分析。
3.1
GB50174温度合规性
《数据中心设计规范》（GB50174-2017）要求机柜进口温度为18℃~27℃，图中机柜显示绿色表明机柜进口温度在18℃~27℃之间，符合数据中心设计规范。
图3 机柜平均进口温度合规性
3.2
不同高度的平面温度分布
图4、5为机柜不同高度的平面温度分布图，根据温度分布图可以分析冷热通道在不同高度的温度分布情况。
图4 机柜底部Y=0.3m处温度分布
图5 机柜底部Y=1.5m处温度分布
3.3
机房气流组织分布
图6为机房空调送回风流线示意。通过流线图可以直观感受冷热通道的进出风的空气流动情况。
图6 机房气流组织分布图
图7为单个机柜进出风流线示意，可根据流线图分析机柜中每台设备的气流组织，因为封闭了冷通道，机柜中的进出风口冷热气流的掺混情况较少。
图7 机柜进出口气流组织分布
04
模块化机房的优点
（1）采用精准送风和封闭冷通道技术，使冷空气集中与服务器进行热交换，避免将大部分冷空气与环境进行热交换，从而达到节能的目的。
（2）施工高效，大部分组件在工厂预制，在现场的施工步骤减少，大大缩短工期。
（3）便于扩展，模块化的机柜、空调和主机都可以灵活扩展，只要机房有空间就能实现扩展。
（4）降低运营成本，节能环保，能耗指标小于1.5。
CFD软件通常包括以下几个主要模块：建立数学物理模型(前处理)、数值算法求解、结果可视化(后处理)。6SigmaDCX软件含有庞大的数据库，包含机房空调、机柜、服务器等模块，其对机房细节的模拟能精确到机房中IT设备层面，这是其他CFD软件不能实现的。6SigmaDCX软件在数据中心CFD仿真应用领域处于主导地位。
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