数据中心CFD气流组织模拟方案
某数据机房气流组织模拟及运行优化
图 ８ ３＃ 空 调 机 组 停 机 时 机 房 温 度 场
７ ４
暖通空调 ＨＶ＆ＡＣ ２０１５年第４５卷第３期
图 ６ ３＃ 空 调 机 组 压 缩 机 出 现 故 障 而 风 机 正 常 运 行 时 机 房 温 度 场
图 ７ ３＃ 空 调 机 组 压 缩 机 出 现 故 障 而 风 机 正常运行时送风气流组织
２）３＃ 空 调 机 组 停 机 图８是３＃空 调 机 组 停 机 时 机 房 的 温 度 场 分
布模拟图，图９是其送风气流 组 织 模 拟 图。 从 图 ８ 可 以 看 出 ，３＃ 空 调 机 组 停 机 的 情 况 下 ，机 房 的 整 体 温度有所上 升，大 部 分 区 域 在 距 地 面 １．８ ｍ 高 度 处的温度超过了 ２５ ℃，温 度 场 分 布 比 压 缩 机 出 现 故障而风机继续运行的情况均匀一些。由于风量 和冷量 的 下 降，对 设 备 发 热 量 较 大 的 Ａ 列 机 柜 会 造成不 良 影 响，部 分 机 柜 在 １．０ ｍ 和 １．８ ｍ 高 度 上的排风温度达到３０ ℃。从图９可以看出，３＃空 调 机 组 停 机 后 ，与 压 缩 机 出 现 故 障 而 风 机 正 常 运 转 相比，风道的出风 温 度 变 化 不 大，相 对 来 说 运 行 较 为安全。
下 ，机 房 整 体 温 度 上 升 ，大 部 分 区 域 温 度 在２４～ ２８ ℃ 之 间 ，Ｄ 列 远 端 机 柜 附 近 的 温 度 可 达 ２８ ℃ 。 从 图 ７ 可 以 看 出 ，３＃ 空 调 机 组 压 缩 机 出 现 故 障 后 出 风 温 度 明 显 上 升 ，与 进 风 温 度 基 本 相 同 ，在 ２３～２６ ℃ 之 间 。 回 风 气 流 组 织 与 现 有 机 房 基 本 相同。
基于CFD模拟数据机房气流组织方案的对比分析
2020年第11期Ventilation&air conditioning［通风与空调)基于CFD模拟数据机房气流组织方案的对比分析蒋建云孟庆礼彭琳李洋赵婷婷陆浩(中建一局安装工程有限公司北京102600)摘要：本文以某数据中心为研究对象，利用CFD软件对机房的气流组织和热工环境进行模拟，通过对采用冷通道封闭+地板下送风的送风方案和热通道封闭+吊顶回风两种送风方案下数据机房内温度场、气流流线和机柜进口温度进行对比分析，得出气流组织方案的优缺点，为数据中心的机房空间布局和气流组织方案选择提供理论参考和实践基础.关键词：数据中心气流组织数值模拟方案对比中图分类号：TU834文献标识码：B文章编号：1002-3607(2020)11-0034-03数据中心机房的规模在不断扩大，如今的大型数据中心机房普遍面临设备发热密度高、电力能耗大等问题。
《数据中心设计规范》(GB 50174-2017)规定主机房空调系统的气流组织形式，应采用计算流体动力学(CFD)对主机房气流组织进行模拟和验证巾。
1CFD数值模型建立本文模型对象为某数据中心，利用CFD模拟软件建立数据中心机房模型，并对机房的气流组织进行模拟分析。
数据机房长46.1m,宽40.4m,高7m,面积约1862m2,机架数量为408个，单机柜负载为12kW,IT负载总共为3264kW,机柜采用背靠背方式安装。
机房配置16台额定制冷量为290kW及2台额定制冷量为110kW,风量为80000m3/h的冷冻水空调。
机柜尺寸600mm(W)x1200mm(B) x2500mm(H)的52U机柜，机柜内放置服务器，各机柜安装服务器数量按实际布置，设定两种不同的送风方案，并分别建模。
1.1方案一：无吊顶，封闭冷通道，地板下送风，上部回风(1)机房所需冷风为机房内下送，每个AHU(冷量为290kW)送风口为地板下部出风，回风口设置在AHU后部，整个气流组织为下送后回，AHU分别位于机房东、西两侧的空调间中，空调间与模块机房之间以轻质隔墙隔开，顶部开回风孔。
数据机房热区内气流组织的数值模拟及优化
数据机房热区内气流组织的数值模拟及优化一、本文概述随着信息技术的迅猛发展，数据机房作为支撑现代信息社会运转的基础设施，其重要性日益凸显。
数据机房的高效、稳定运行，直接关乎着大数据处理、云计算服务等关键信息技术应用的性能表现。
然而，在数据机房的运行过程中，热区内气流组织的合理性对于机房的散热效率、能源利用效率以及设备寿命等具有至关重要的影响。
因此，本文旨在通过数值模拟的方法，深入探究数据机房热区内气流组织的特性，揭示其优化潜力，以期为提高数据机房的运行效率和能源利用效率提供理论支持和实践指导。
本文首先将对数据机房热区内气流组织的基本原理进行阐述，包括气流组织的基本原理、影响气流组织的因素以及气流组织对机房性能的影响等。
随后，本文将介绍数值模拟在数据机房气流组织研究中的应用，包括数值模拟的基本原理、常用数值模拟软件及其特点等。
在此基础上，本文将通过具体的数值模拟案例，分析数据机房热区内气流组织的实际运行状态，探究其存在的问题和优化的可能性。
本文还将对数据机房热区内气流组织的优化策略进行深入探讨，包括优化气流组织的基本原则、优化方法的选择、优化实施的具体步骤等。
本文将通过对比分析，评估优化策略在实际应用中的效果，以期为数据机房气流组织的优化提供实践指导。
本文将对全文进行总结，归纳数据机房热区内气流组织数值模拟及优化的主要研究成果，展望未来的研究方向和应用前景。
通过本文的研究，期望能够为数据机房气流组织的优化提供理论支持和实践指导，推动数据机房的高效、稳定运行，为现代信息社会的发展贡献力量。
二、数据机房热区内气流组织的基本理论数据机房热区内的气流组织对于维持机房内部环境的稳定、保证设备的正常运行和延长设备使用寿命至关重要。
气流组织是指通过特定的送风方式和气流路径，将数据机房内的热量有效地从热源区域带走，同时保证机房内部温度的均匀分布。
气流组织的基本理论主要基于流体力学和热力学原理。
在数据机房中，通常采用的是强制对流散热方式，通过送风设备（如空调机组、风扇等）产生的气流来带走设备产生的热量。
数据中心机房气流组织数值模拟
数据中心机房气流组织数值模拟数据中心机房气流和温度分布情况和机架的工作稳定性及使用寿命密切相关。
本文利用CFD 软件建立的数据中心机房空调系统物理模型对数据中心机房气流和温度场进行了数值模拟。
模拟结果表明，机架应与计算机空调机保持一定的距离，下送风地板高度越高气流分布越均匀。
结合模拟结果，文章最后给出了一些优化设计的建议。
标签：CFD 数据中心；温度场；数值模拟1.引言随着互联网的飞速发展，数据处理业务需求的爆炸式增长和计算机、网络技术的飞跃进步，银行、保险、证券等金融行业、交通运输、医疗卫生等大型企业级政府机构相继建立起许多数据中心（IDC）。
在数据业务需求和IT技术的共同推动下，数据中心的热流密度每年呈现上升趋势，而且这种趋势还在继续。
由于IDC以数据设备为主，功耗比较大，对空调的要求比较高，空调能耗也随之增大，以至于IDC与通信机楼相比，显然是一个耗电大户，IDC机房的节能就显得尤为重要，尤其在空调系统上，节能潜力尤为大。
另外，随着数据设备单机功率的不断增加，IDC机房内往往会出现局部高温问题，这种问题目前非常普遍并且很难解决，往往通过在局部增加分体空调机或者工业风扇来缓解，但最终没从根本上解决问题。
在IDC机房，合理的空调气流组织不但能够提高空调的制冷效率，节省空调耗电量，而且能够解决局部高温问题。
目前通过CFD来模拟机房的温度场和流场是检测机房空调气流组织是否合理的重要手段之一。
本文利用CFD工具对IDC机房气流组织进行了模拟研究。
模型的建立目前数据中心常规的空调方式是利用恒温恒湿空调提供冷量，通过地板下的“静压箱”向设备机柜提供冷气。
机架通常摆设成冷热通道，冷通道为机架的进风，热通道为回风。
其示意图如图1所示：如图2所示的建筑物为本文所建立的模型，房间大小为12.4mx11.2mx4.5m （LxWxH），架空地板高度为400mm。
房间里共有机架40台，每个机架功率为4.0kW。
房间里设2台精密空调，每台空调的显冷量85kW，最大风量为23200m3/h。
华北某数据中心弥散式送风气流组织设计CFD模拟分析
Telecom Power TechnologyＪａｎ． １０， ２０２３， Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．１ 2023年1月10日第40卷第1期设计应用技术ＤＯＩ：１０．１９３９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｔｐｔ．２０２３．０１．００２华北某数据中心弥散式送风气流组织设计CFD模拟分析谷长城1，韩成付2，郭楠2，刘斌2，张仁玉2（1.京东科技信息技术有限公司，北京100176；2.中通服咨询设计研究院有限公司，江苏南京210019）摘要：以华北某数据中心采用房间级机房专用空调的热通道封闭、弥散式送风机房为研究对象，借助计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）技术对其气流组织进行了模拟，计算分析了在送风口长度不变的情况下，送风口高度在1.2 m、1.6 m及2.0 m 3种工况下的风速场和温度场，并进行分析。
计算表明，总体上3种工况的区别不大，均能满足机房制冷需求，但风口高度为1.2 m的工况在机房冷通道内服务器进风口侧温度分布更为均匀，气流组织对IT设备冷却在模拟中表现最优。
关键词：数据中心；封闭热通道；气流组织；数值模拟CFD Simulation Analysis of Air Distribution Design of A Data Center in Northern China GU Changcheng1, HAN Chengfu2, GUO Nan2, LIU Bin2, ZHANG Renyu2(1.Beijing Jingdong Technology Co., Ltd., Beijing 100176, China;2.China Information Consulting & Designing Institute Co., Ltd., Nanjing 210019, China)Abstract: Taking a data center in Northern China as the research model, based on Computational Fluid Dynamics(CFD) technology, the air distribution of the data center room was simulated in three different working conditions, heights of the air supply vents at 1.2 m,1.6 m and 2.0 m high but the length was constant. The results of calculation and analysis showed that: there was little difference among the three working conditions, and all could meet the cooling requirements of the computer room. However, the temperature distribution in front of the racks in the cold channel of the computer room was more uniform when the air outlet height was 1.2 m, and the air distribution was the best for IT equipment cooling in the simulation.Keywords: data center; enveloped hot tunnel; air distribution; numerical modelling1 项目概况本项目位于河北省廊坊市，园区占地面积为86 632 m2，规划建设4栋数据中心机房楼，单体总建筑面积约为31000 m2，主要包括数据机房、电力电池室、高低压配电室、制冷站以及柴发机房等，地上4层。
CFD模拟图(A-1)---模板
机房计算流体力学（CFD）模拟图
本次计算是以中国联通华北（廊坊）基地A-1机房楼M1模组其中的一个数据机房（J轴-F轴、7轴-9轴）为对象进行的CFD建模计算，主要计算条件如下：
1）机房整体作为一个精密空调分区，采用冷通道封闭地板下送风、热通道房间上部设置射流诱导风机回风的气流组织形式。
机房内地板高度1.2米、层高5.7米。
2）机柜发热量5KW/台，精密空调显冷量140KW/台（6用1备），风量32000m³/h.台；
3）机柜分区域按冷热通道模式摆放，机柜尺寸：1200x600mm、高2200mm，数量168个。
此外还布置有8个电源柜。
4）本次CFD建模所使用的软件版本：Airpak 3.0.
一、CFD模拟温度场计算结果：（1）地板上高度0.5米高度温度场分布
（2）地板上高度1.0米高度温度场分布
（3）地板上高度1.8米高度温度场分布
（4）地板上X轴向温度场分布
三、CFD 计算结果表明：机柜冷通道封闭，其温度场分布均匀，无局部过热情况出现。
冷量得到有效管理，避免了气流短路，效率高从而更为节能。
用CFD方法对冬季空调房间进行气流组织模拟和优化方案
4.1冬季空调房间的温度场和速度场 4.1.1冬季空调房间的温度场
z = 0.1m处温度场
z = 1.1m处温度场
z = 1.6处温度场
z = 2m处温度场
4.1.2冬季空调房间的速度场
z = 0.1m处速度场
z = 1.1m处速度场
z = 1.6m处速度场
z = 2m处速度场
问题
➢ 温度场：温度场也有极大的改善，但改善程度 略次于措施1。
➢ 速度场：比采取措施2前略有改善，但效果不是 很大。
4.4改进后冬季空调房间的温度场和速度场。 4.4.1采取措施3后冬季空调房间不同断面的温度场
z = 0.1m处温度场
z = 1.1m处温度场
z = 1.6m处温度场
z = 2m处温度场
谢谢
❖ 冬季外窗的渗透风对室内温度场影响很大，北向与西向墙及窗的热损失， 也使得温度场在这两个墙壁附近分布不均匀。
Hale Waihona Puke 改进方法➢ 改进方法： ❖ 措施1：采取措施，使北向外窗的
渗透风量减小一半，风口的布置 不变。 ❖ 措施2：风机盘管以及风口布置位 置改变，其中一组风机盘管以及 送风风口移到靠近北外墙布置。 如右图所示，北外窗的渗透风量 不变。 ❖ 措施 3：采取措施使北外窗的渗 透风量减小一半，同时又将送、 回风口移近北外墙（窗）。新风 、送回风的参数不变。
2.3算例选择
本模拟选择本办公楼中最 代表性的房间进行模拟，空 调平面图如右图所示。房间 内安装了两台风机盘管。
3.模型建立 3.1 几何模型
设计对象的物理模型如图所示，房间的尺寸：8.2m×5m×3.3m（长×宽×高），如下图所示。
3.2 数学模型
在本设计中采用k－ε（k为紊流动能，ε为紊流耗散率）模型。它是目前在房间空气流 动中最普遍采用的模型，对暖通空调领域多种流型的计算结果显示，该模型优于其他 模型。
数据机房气流组织CFD模拟分析
数据机房气流组织 CFD模拟分析摘要：本篇论文主要通过CFD模拟方式对数据机房气流组织进行分析。
首先，对气流组织及CFD模拟相关内容进行了介绍；其次，主要对数据机房进行CFD建模分析。
关键词：气流组织；CFD；数据机房1.研究背景目前，为降低冷却能耗，提高冷却效率，数据中心运营商采取了多种不同尺度的热管理方法。
无论采取何种方法，目的都在于优化机房室内的气流组织。
气流组织是否合理，对机房的制冷能耗和IT设备的性能有重要影响。
优化气流组织的最终目标是合理控制机房空调的制冷量，使之与机柜服务器的发热量相匹配，利用最小的制冷能耗实现冷量最大化利用，均匀分配冷气流冷却IT设备，遏制冷热气流掺混。
但目前机柜架经常会出现局部过热的现象，造成IT设备故障。
为了保证数据中心安全可靠运行，运营商通过降低供风温度、增加送风量等手段遏制局部过热点的出现，但往往会造成过度冷却的情况现象，导致冷量浪费，出现而局部过热和过度冷却现象情况的主要原因是气流组织不合理。
气流组织混乱主要有两大表现：一是冷气流短路。
例如，在地板下送风形式下，送风孔板送出的冷气流绕过机柜服务器，直接流入回风口或混入机柜背部排出的热气流中，导致机柜服务器沿高度方向的进风量与温度不均匀，影响冷却效率；二是热气流回流。
从机柜服务器背部排出的热气流未经过天花板出风口排出，而是回流与服务器入口处的冷气流掺混，导致机柜进风温度不均匀，耗费冷量，降低冷却效率。
因此，冷气流短路和热气流回流导致了送风分配不均匀和冷热气流掺混等气流组织不合理问题。
为了均匀进风温度与速度，遏制冷热气流的掺混，进而提高机房冷却效率，降低冷却能耗，国内外学者们聚焦于机房气流组织的优化，致力于研究送回风方式、封闭通道、架空地板几何因素等方面对机房热环境的气流组织的影响，以达到优化气流组织、提高效率、降低能耗的目的。
1.CFD技术简介CFD （Computational Fluid Dynamics）是基于计算流体动力学的计算机模拟分析软件。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
数据机房CFD模拟报告
一、机房内主要参数 (2)
二、三维建模 (5)
三、温度场模拟 (8)
3.1各截面温度分布图（设定地板高度为0m） (8)
3.2机柜及空调通风口温度分布图 (12)
四、速度场模拟 (14)
4.1房间型空调送、回风流线图 (14)
4.2行间空调送、回风流线图 (16)
4.3各截面风速、风压分布图（设定地板高度为0m） (17)
4.4各通风地板风量分布图 (18)
4.5各机柜通风量分布图 (19)
五、模拟结果分析 (19)
一、机房内主要参数
机房总面积404㎡（含空调间），高度4.8m，高架地板高度1m。
房间型空调数量（7+2）台（全部热备状态运行），单台空调额定显冷量（回风温度35℃）160kW，额定风量40000m³/h，最低运行风量20000m³/h，下沉式风机，变风量运行，空调尺寸：宽x深x高=2550x1000x2000mm。
9台房间型空调实际运行参数如下表：
24kW，额定风量5000m³/h。
空调尺寸：宽x深x高=300x1200x2200mm。
4台300mm宽列间空调实际运行参数如下表：
600mm35℃）40kW，额定风量8500m³/h。
空调尺寸：宽x深x高=600x1200x2200mm。
10台600mm宽列间空调实际运行参数如下表：
8kW网络核心机柜数量18台，机柜尺寸：宽x深x高=800x1200x2200mm。
12kW网络核心机柜数量6台，机柜尺寸：宽x深x高=800x1200x2200mm。
20kW网络核心机柜数量18台，机柜尺寸：宽x深x高=800x1200x2200mm。
总热负载851kW。
通风地板158块，地板通风率50%。
二、三维建模
三、温度场模拟
3.1各截面温度分布图（设定地板高度为0m）3.1.1截面高度-0.2m温度分布图
3.1.2截面高度0.2m温度分布图
3.1.4截面高度1.5m温度分布图
3.1.6截面高度2.5m温度分布图
3.1.7截面高度3.0m温度分布图3.1.8整个机房温度云图
3.2机柜及空调通风口温度分布图3.2.1机柜通风口温度分布图A
3.2.2机柜通风口温度分布图B
3.2.3空调回风口温度分布图
四、速度场模拟
4.1房间型空调送、回风流线图4.1.1房间型空调送风流线图
4.1.2房间型空调回风流线图
4.2行间空调送、回风流线图
4.3各截面风速、风压分布图（设定地板高度为0m）4.3.1截面高度-0.2m风速分布图
4.3.2截面高度-0.2m风压分布图
4.4各通风地板风量分布图
4.5各机柜通风量分布图
五、模拟结果分析
机房内温度场分布有些不均匀，但无局部过热点情况，最高温度35℃。