浅议电信IDC机房的气流组织

所属栏目:通信论文 发布日期:2011-05-14 17:15 热度:


  进入21世纪的最初几年,随着电信大型IDC机房的建设,使“上送上回”成为一种时尚。它的产生主要原因有如下几个:
  2.2.1电信IDC机房内的设备发热量相对现有的计算机来说比较小,采用“上送风”方式可以满足设备的工作需要。
  2.2.2电信IDC机房布线操作比较频繁,采用上走线利于维护和使用。采用活动地板的主要目的就是为了容易走线,采用上走线方式,活动地板就显得有些多余了。
  2.2.3电信IDC机房一般面积很大,撤除吊顶和地板,可以大大降低造价。没有了地板,“下送风”方式就不存在了。
  2.3当选择上送风时,机房必须符合下列基本要求:
  2.3.1当数据机房面积过大时,宜将机房间隔成几个空气调节区,减少气流组织上的难度;也可以选择在几个不同区域建空调主机房,以缩短风管送风距离。
  2.3.2机柜排列宜采用面对面、背靠背排列方式。
  2.3.4为保证大型机房长距离风管末端的气压符合要求,有条件时还可以在机房上方做静压箱。送风口应密集布置,避免采用长条型风口代替数个分立送风口方式,保证过道上的冷热气流分布均匀。每个送风口应能输出满足对应机柜设备制冷所需最大风量要求,且有能完全调节风量大小的装置;送风口还应有能灵活改变气流下射角度的导风装置。
  3CFD数值模拟
  精确送风是目前较为推广的一种方式,如何实现精确送风,如何控制精确送风量,要对机房气流进行CFD(计算机模拟气流组织)。
  3.1模拟对象及其简化
  以某电信分公司IDC机房作为研究对象,此机房处于五楼,长23.48m,宽14m,高3m,除了机房的东墙是外墙其它都与具有相同环境条件的机房用隔离墙隔开,没有冷量的流通,东墙内表面进行了特殊的隔热处理。机房内一共有8排机架,每排机架数量8到16不等,机架的几何尺寸为:长×宽×高=1m×0.6m×2m。机房采用非典型的上送侧回送风方式,送风口高度为3m,一共有9排,每排5个,分布于两排机架中间上部的天花板,几何尺寸为:长×宽:0.25m×0.5m,回风口有两个,设在机房的西侧靠南墙面,几何尺寸分别为:长×宽:2m×1.8m和1.6mX1.8m,空调系统全天候运行。
  因为涉及到典型的流速和特征尺寸,流动为湍流,所以采用k一£双方程模型对通信机房进行模拟。模拟过程作如下假设:(1)室内气体低速流动,可视为不可压缩流体,忽略由流体粘性力做功所引起的耗散热;(2)流动为稳态紊流;(3)满足Boussi-nesq假设,认为流体密度的变化仅对浮升力产生影响。
  3.2网格划分及边界条件处理
  首先采用Fluent公司的Gambit软件建立几何模型,整个计算空间873m3,考虑到通信机房的复杂性,本文采用混合网格对计算区域进行离散,对送风口、回风口以及机架周围进行网格加密,所得网计算节点313929个,离散单元1691792个。
  重点分析在实测条件下此通信机房的气流组织分布情况,送风口设置为速度边界条件,送风温度12.1℃,风速根据实测值设置,大小0~8.5m不等,各风口风风速详见表1,回风口为压力出口,在机房环境条件下回风。通信机架设为热通量边界(HeatFlux),数值上取其总发热量与散热表面积之比。此通讯机房处于五楼,周围为相同温度条件的通讯机房,机房的围墙、地板设为恒温边界。
  
  表1实测各送风口速度(单位:m/s)
2.jpg
  3.3数值模拟结果及分析
  3.3.1速度场分析
  上图分别为通信机房不同高度平面的速度矢量图。通信机房的进深较大,回风口设在房间的一角,从图中可以看出,上送侧回的送风方式造成房间气流组织的不均匀,室内个部分风速差异明显,大小0.0037~7.86m不等,这跟实际情况相符合。远离回风口一侧的闲置空间上方没有送风口,空气扰动微弱形成了滞留区。F排左侧没有放置机架,回风口低压使来自前面机架的回风在这一区域加速,形成的风阻使F排和G排右侧机架间空气滞留,回风困难。
  从图Z=0.3可以看出,大风量送风口形成的高速射流未来得及衰减可以直接到达地面形成反冲,同时卷吸周围空气,在地面附近和风口周围形成涡流,加速了空气流动。小风量送风口风速偏低,并且易受周围空气特别是相邻风口的风速影响,在达到地面之前已经衰减完毕,因此小风量送风口下方空气扰动较小。对比三张图可以发现,空气扰动随着高度的增加而减小,这是因为射流宽度同到射流源的距离成正比,在2m处射流还没有扩张开来,在1m处射流进一步扩张并卷吸周围空气扰动加强,在接近地面处反冲使空气沿着地面流动,扰动强化。
  3.3.2温度场分析
  在远离送风口的一侧(东北角)出现了局部过热,达到28℃左右;接近回风口的两排机架周围也有不同程度的温度相对过高。这跟上面速度场的分布相符。机架的散热能力跟周围空气的运动密切相关,空气的高速流动加强了与机架的对流换热,使机架的热量能随着周围空气的循环及时的排出,相反,空气滞留区的对流换热强度小,同时由于滞留热量很难通过空气循环带出,使这一区域的空气温度升高,减小了换热驱动力。
  对比同一排送风口下不同高度处机架的温度,大约有0~2.5℃的温度梯度,这在通信机房中是符合要求的。高速送风口下在Z=2高度处机架温度略高,而低速送风口下Z=0.3高度处机架温度略高,Z=1高度处机架温度介于两者之间。风速过高,在达到机架顶部之前还没有扩展开,机架表面处于卷吸形成的涡流边缘,这一部分的对流换热程度较弱;在Z=1高度涡流扩散开来加强了换热,未衰减完全直接到达地面形成反冲形成的绕动加强了底部机架的换热;小风量送风口的风速在通信机架顶部扩散开来,到达中部完成衰减,通信机架的中上部换热效果良好。由此可得,不同风量的送风口交错排列相对于同风量送风口相邻排列换热效果较好,有利于提高冷空气的利用率节省能量。
  4结束语
  总之,气流组织是机房基础建设的重要因素,它会直接影响到设备的安全稳的持续运行。在研究通信机房的热管理过程中,结合CFD数值模拟可以得到合理的机架摆放位置以及气流组织方式,以便在保证通信机房的微观环境条件的前提下,提高冷空气的利用率,降低空调能耗。

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