Математическое моделирование процесса воздухообмена помещения ЦОД и использованием программного пакета Логос Аэро-Гидро

Для эффективной работы ЦОД необходимо обеспечить доступ охлаждающего воздуха к оборудованию, а также проход спереди и сзади для обеспечения обслуживания. При случайном размещении стоек это требование может не выполняться. Решением данной проблемы стало применение рядной архитектура ЦОД, где стойки располагаются боком друг к другу, формируя ряды. В каждом ряду находятся либо только передние, либо только тыльные стороны стоек, что создает холодный коридор, для подачи охлажденного воздуха и горячий коридор, в котором воздух, проходя через оборудование, поглощает тепло и выходит с тыльной стороны, откуда в дальнейшем направляется на охлаждение [1, с. 84-86].

Рис. 1. Архитектура ЦОД

Объектом исследования является серверное помещение предприятия нефтехимической промышленности, расположенное в Краснодарском крае, п. Ильский.

Окна в помещениях серверных отсутствуют. Габаритные размеры помещения серверной представлены в таблице (табл.).

Таблица

Габаритные размеры помещения

Для проведения расчета создана геометрия серверной с помощью программы Solidworks, согласно информации о размерах помещения, размещения оборудования.

В созданной модели помещения центра обработки данных учтены:

• 21 ряд серверных стоек, содержащих равное количество оборудования в каждом ряду;
• 7 прецизионных кондиционеров, расположенных вдоль стенки и подающих охлажденный воздух в пространство под фальшполом;
• воздухораспределительные решетки, расположенные в два ряда в холодных коридорах, предназначенные для подачи охлаждающего воздуха из пространства фальшпола.

Рис. 2. Модель исследуемого помещения ЦОД

Построена расчетная сетка из прямоугольных ячеек, применено измельчение размера ячеек в областях высоких скоростей воздуха, что позволяет обеспечить более точный расчет распределения скоростей воздуха и температуры. Такими местами являются пространство под фальшполом, напольные решетки, серверные стойки и решетки для забора и выхода воздуха прецизионных кондиционеров.

Значение расхода воздуха, проходящего через серверное оборудование при потребляемой мощности 3242 Вт, составляет 0,3666 кг/с.

Суммарная производительность кондиционеров принята равной суммарному расходу воздуха, проходящего через серверное оборудование.

Исходя из мощности, равной 14700 Вт, и расхода, равного 1,1 кг/с, кондиционеров, принято, что значение разницы температур на входе и выходе для каждого кондиционера составляет 13,3°С.

Воздух, проходя через стойки серверного оборудования, согласно расчетам, нагревается на 8,79°С.

Решение задачи завершено после 2000 итераций, результаты расчетов представлены в виде полей распределения скоростей и температур, представленных на рисунках (рис. 3-4).

Рис. 3. Поля распределения скорости воздуха

Рис. 4. Поля распределения температуры воздуха

На рисунке 3 можем наблюдать, что наибольшие скорости воздуха наблюдаются на входных и выходных решетках кондиционеров. В холодных коридорах скорость воздуха выше, чем в горячих, за счет подачи воздуха через воздухораспределительные решетки. В горячих коридорах так же наблюдаем местное повышение скорости воздуха.

Максимальная температура наблюдается в пространстве горячих коридоров. Температура воздуха при прохождении через стойки оборудования изменяется в соответствии с заданными параметрами, примерно на 9 градусов. Температура при прохождении через кондиционеры так же меняется в соответствии с заданием, примерно на 13 градусов, что говорит о корректности проведенного расчета.

Согласно расчетному моделированию, температуры воздуха в помещении серверного оборудования находятся в пределах от 16 до 31°С.

Температура в пространстве фальшпола находится в пределах от 16 до 23°С, что не ниже нормируемой [2].

Максимальная скорость воздуха составляет 1 м/с, что не превышает нормируемые значения [2].

Максимальная температура наблюдается в горячих коридорах, составляет 31 °С, что не превышает допустимых значений [3].

Заключение: согласно результатам CFD-моделирования температуры и скорости в обслуживаемой зоне соответствуют допустимым. Анализ температурных полей показал нормальное распределение температур и скоростей воздуха в пространстве помещения ЦОД.