用于降低风险的数据中心CFD分析

在当今数据丰富的世界中，数据中心是高价值关键任务基础设施的基石。

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限制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。这一切都意味着冷却空气的有效分配对于安全有效的数据中心运行至关重要。

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

数据大厅的基准气流分析包括数据大厅每台服务器的设计热增益，冷却设备以最佳水平运行。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：

• 供气格栅的风门控制：当所有供气室格栅都设置为恒定打开时，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口区域/控制，以确保以最有效的方法实现通过每个格栅的相等/必要的气流。
• 服务器配置：识别数据大厅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。

图 1：设计气流分析

B. 初始分析

今天建造的许多数据中心都是多租户的。因此，数据中心可能设计为满足一定的热负荷需求，但要到实际运行数天、数周或数月后才能达到该水平。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。

图 2：初始分析

C. 设备切换模拟

数据中心设计有冗余系统，以便在所有可预见的条件下可以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大厅供应冷空气。冷却装置故障会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”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。