3D机房建模论.doc

3Ｄ仿真机房建模 一、摘 要 机房降温性能直接影响机房的运行，我们通过构建三维模拟机房的方法探究空调出风对机房热点位置的影响，并根据机房热分布情况优化配置各机柜的任务量。 我们小组的特色在于我们先使用Gambit网格制作软件画出了此机房，之后采用Fluent流体力学处理软件提供的simple算法对模拟机房的流场和温度场进行模拟，以便于形象的观察。我们使用该模型输出的模型采样点参数，运用函数拟合的思想，构建出风口风速与采样点风速的函数关系式，再结合题目给出的数据，得出合理的出风口风速。流场与温度场是相互独立的，在得出流场分布后，我们根据传热学知识，不断调整机柜热通量，模拟出合理的温度分布场。 根据计算，在空调出风口风速相同的条件下，出风风速应为1.210m/s，如果考虑送风管道沿程阻力损失，各出风口组按0.8：0.9：0.9：1的出风量比例送风，则各出风口组风速应为1.156 m/s，1.3005 m/s，1.3005 m/s，1.445m/s。温度方面，室内最高温度出现在机柜散热面某处，数值约为75摄氏度，室内空气热点温度为36摄氏度，位于冷通道远离空调端。（各通道流场、温度场分布图均在论文中给出） 对于任务量的分配问题，参照温度场模拟结果，近回风孔端各通道散热能力相当，而在远回风孔端，冷通道排热能力较弱，所以任务量为0.5的两机柜应居中，0.8的两机柜分列两端这样可以降低热点温度，加强散热。 《电子信息系统机房设计规范》C级要求控制机房温度，主机开机时机房温度为18-28°C，停机时为5-35°C。根据我们的模拟，机房开机时空调可以以1.5m/s的速度通入20°C的冷风；停机时，机房可以根据季节来选择空调是保温、待机还是制冷，从而合理利用能源。 关键字：建模 流速场 温度场 Simple算法 出风风速 热点 优化 二、问题重述： 问题背景：由于高密度计算、多任务计算的需要，越来越多的高性能数据中心或互联网中心（DC、IDC）正逐渐建成。在现代的数据中心内，由于刀片服务器成本与性价比高，体积小而被广泛使用。由于自身能源与冷却条件限制，这类大规模的数据中心或许每年需要花费数百万美元，主要用于计算设备及系统冷却所需的能源费用。因此有必要提高数据中心设备的能效，极大化数据中心的能源利用率及计算能力。大约在上世纪90年代后期，IBM、HP等公司首先提出绿色数据中心的概念，并受到世界各国的广泛重视。 绿色数据中心的主要目标包括： 最佳PUE（数据中心基础设施能源利用效率）实现 实现动态智能制冷，精确送配风系统 优化的场地设计、电气系统设计 支持全球领先环保节能标准LEED（美国领先能源和环境设计规范） 实现最佳系统部署 区域化和模块化设计－－高热区和低热区，采用不同的散热方式，实现对不同负载的有效支持。对大型数据中心，模块化设计理念。 整合的智能的机房监控系统 (动力设施,环境与IT设施,平台统一)实现自动化管理。 绿色数据中心的设计在我国处于刚起步阶段，相关的工作很少，资源缺乏。作为绿色数据中心设计的一个重要环节是利用源自服务器及环境温度的数据，刻画数据中心的热循环过程。机房内热环境分析是绿色机房设计的主要步骤之一。为了保证机房内设备健康运行，数据中心制冷系统必须根据机房内热点的温度（室内最高温度）向机房送配冷气。而合理地给服务器分配工作任务，能够降低机房内热点的温度，达到节能目的。图1是较典型的一类数据中心机房虚拟示意图。 图1 虚拟机房示意图 该类机房采用独立的空调通风制冷系统（HVAC），机房机柜的布置通常按一定的行业设计规范要求布置。相邻机柜的出风口面对同一个通道。形成热通道。机房内热气流经循环进入HVAC顶部，在经过水冷系统冷却后从地下冷风槽通过中孔板送入机柜进风口，形成冷通道。对于此类机房，往往由于机柜布置的不合理，以及各机柜服务器任务分配的不合理，造成机房内局部温度过高（形成热点）。为了保证服务器的健康工作，通常需要HVAC降低送风温度或加大送风量，造成耗能增加。绿色数据中心的主要任务之一就是根据机房的基础设施状态，按照行业规范要求合理地布置机柜，分布任务，尽量避免局部地区过热。该问题数学上处理起来比较困难，图2是一个测试案例，部分测试数据见附件1及附件2。供你们队参考。 图2 测试机房虚拟示意图 该测试机房高3.2米，，每个机柜群长6.4米，深0.8米， 高2米，由8个同样的机柜组成，每个机柜由5个机架构成（共160个机架）。通道2与4是冷通道，空调制冷系统将冷气送到冷通道，各机柜的服务器从冷通道吸入冷气。通道1,3,5是热通道，服务器将热量排入热通道，再通过排风系统排出，循环进入空调顶部。机柜群与侧边墙距离1.6米，两个空调布置在冷通道的一端靠墙处。空调几何尺寸为宽