مع تطبيق وانتشار خوادم الخزائن عالية الكثافة، سيؤدي استخدام أنظمة التبريد الدقيقة التقليدية على مستوى الغرفة إلى فقدان قدرة التبريد، مما يؤدي إلى ارتفاع PUE في مراكز البيانات. تقترح هذه الورقة نظام تبريد خلفي التبريد التبخري المباشر على مستوى خزانة مراكز البيانات لتقليل فقدان سعة التبريد في نظام تبريد غرفة الحاسوب وتحسين كفاءة الطاقة في مركز البيانات. تجري هذه الورقة دراسة تجريبية على صفيحة باردة تبخرية لنظام تبريد على مستوى الخزانة. درجة حرارة بيئة الاختبار هي 30°C، وتبديد الحرارة المحاكى بين 5-7kW، ونطاق ضبط سرعة الضاغط بين 3000-5000r/دقيقة. يتم إجراء الاختبار في حالة استقرار، ويتم أخذ الجزء المستقر من معايير أداء النظام لمعالجة البيانات وتحليل نتائج الاختبار. تظهر النتائج أن متوسط درجة حرارة صفيحة التبخير الباردة مستقرة عند 18.5°م، ويتم التحكم في فرق درجة الحرارة ضمن 4°C، مما يوفر تبريدا مستمرا ومستقرا لخزانة التبريد.
قيود فعالية استهلاك الطاقة (PUE) لمراكز البيانات الجديدة أصبحت أكثر صرامة. في هيكل استهلاك الطاقة لمراكز البيانات، يشكل استهلاك الطاقة للمعدات المستخدمة لتبريد الخوادم وتبديد الحرارة حوالي 40٪ من إجمالي استهلاك الطاقة، وهو عامل رئيسي يؤثر على PUE الخاص بها. مع تطور تكنولوجيا الحاسوب والمجتمع، يزداد الطلب على الخوادم عالية الطاقة، وأصبحت خزائن مراكز البيانات تطلب أنظمة ومعدات التبريد أكثر فأكثر. أدى تطبيق تقنيات جديدة مثل الحوسبة السحابية والبيانات الضخمة إلى زيادة كثافة الطاقة لخزانة واحدة من أقل من 5 كيلوواط إلى ما لا يقل عن 7 كيلوواط، أو حتى 10 كيلوواط، كما زاد الطلب على تبديد الحرارة في مراكز البيانات بشكل كبير.
مقارنة بأجهزة التكييف الدقيقة التقليدية، يتميز نظام التبريد التبخيري على مستوى الخزانة بمزايا عدم وجود مراوح كبيرة، وضوضاء منخفضة، واستهلاك طاقة منخفض. يعد هذا أحد الأشكال التقنية المهمة لتحقيق تبريد فعال في خزانات تبريد مراكز البيانات.
يتم توصيل صمام الملف اللولبي بالمكثف والمبادل الحراري لتحقيق وظيفة الاتصال والفصل بين المكثف والمبادل الحراري. يمكن تحقيق التبديل بين وضعي عدم الترطيب ووضع إزالة الرطوبة (محتوى البحث في المقال)، ووضع إزالة الرطوبة، ووضع الترطيب من خلال التحكم في صمام هواء الغالق، الصمام ثلاثي الاتجاهات، وصمام الملف اللولبي.
في النظام، تستخدم لوح التبخر البارد التمدد المباشر لوحة تسخين سيليكون كمصدر حرارة محاكى لمحاكاة الحمل. لوحة تسخين السيليكون متصلة بمنظم جهد أحادي الطور. يتم ضبط قوة لوحة التسخين عن طريق ضبط جهد لوحة التسخين لمحاكاة اختبار اللوح البارد التبخيري تحت ظروف تحميل مختلفة. تستخدم إحدى الألواح التبخيرية الباردة أربع ألواح تسخين من مطاط السيليكون لتحقيق اختبار محاكاة الحمل. كما هو موضح في الشكل 5، لكل صفيحة باردة متبخرة، يتم ترتيب 8 ثروبروبلز من نوع K، وتدمج المجموعات الحرارية في صفيحة الشحم الحراري المشقوقة. الفجوة مملوءة بالشحم الحراري. وبهذه الطريقة، يتم قياس درجة حرارة سطح السطح العلوي للصفيحة الباردة التبخرة لفحص تجانسها في درجة الحرارة.
تحت نفس مصدر الحرارة المحاكى، مع زيادة سرعة الضاغط، يظهر الفرق الأقصى في درجة الحرارة في صفيحة التبخر الباردة اتجاها تنازليا، كما يظهر متوسط درجة الحرارة اتجاها تنازليا. مع زيادة سرعة الضاغط، ينخفض ضغط التبخر في النظام، وتنخفض درجة حرارة التبادل الحراري المقابلة في صفيحة التبخر الباردة، مما يجعل درجة حرارة كل نقطة قياس تنخفض أيضا، كما يظهر الفرق الأقصى في درجة الحرارة اتجاها تنازليا. لذلك، لضمان تجانس أفضل في درجة حرارة صفيحة التبخير الباردة، يمكن زيادة سرعة الضاغط بشكل مناسب.
قيود فعالية استهلاك الطاقة (PUE) لمراكز البيانات الجديدة أصبحت أكثر صرامة. في هيكل استهلاك الطاقة لمراكز البيانات، يشكل استهلاك الطاقة للمعدات المستخدمة لتبريد الخوادم وتبديد الحرارة حوالي 40٪ من إجمالي استهلاك الطاقة، وهو عامل رئيسي يؤثر على PUE الخاص بها. مع تطور تكنولوجيا الحاسوب والمجتمع، يزداد الطلب على الخوادم عالية الطاقة، وأصبحت خزائن مراكز البيانات تطلب أنظمة ومعدات التبريد أكثر فأكثر. أدى تطبيق تقنيات جديدة مثل الحوسبة السحابية والبيانات الضخمة إلى زيادة كثافة الطاقة لخزانة واحدة من أقل من 5 كيلوواط إلى ما لا يقل عن 7 كيلوواط، أو حتى 10 كيلوواط، كما زاد الطلب على تبديد الحرارة في مراكز البيانات بشكل كبير.
مقارنة بأجهزة التكييف الدقيقة التقليدية، يتميز نظام التبريد التبخيري على مستوى الخزانة بمزايا عدم وجود مراوح كبيرة، وضوضاء منخفضة، واستهلاك طاقة منخفض. يعد هذا أحد الأشكال التقنية المهمة لتحقيق تبريد فعال في خزانات تبريد مراكز البيانات.
يتم توصيل صمام الملف اللولبي بالمكثف والمبادل الحراري لتحقيق وظيفة الاتصال والفصل بين المكثف والمبادل الحراري. يمكن تحقيق التبديل بين وضعي عدم الترطيب ووضع إزالة الرطوبة (محتوى البحث في المقال)، ووضع إزالة الرطوبة، ووضع الترطيب من خلال التحكم في صمام هواء الغالق، الصمام ثلاثي الاتجاهات، وصمام الملف اللولبي.
2 تحليل المحاكاة
نظرا لأن السائل العامل يتدفق إلى اللوح البارد التبخري في حالة طورين، فإن قناة التدفق التقليدية المتعرجة تعاني من عيوبات صعوبة تحويل التدفق ومساحة نقل الحرارة الصغيرة، كما أن التوزيع غير المتساو للسائل العامل في كل قناة تدفق سيؤدي إلى فرق كبير في درجة الحرارة على سطح اللوح البارد التبخيري. استنادا إلى العيوب المذكورة أعلاه، يقترح تحسين تصميم قناة تدفق الصفيحة الباردة التبخيرية.
3 اختبار تجريبي
استنادا إلى الأسباب السابقة، تم إنتاج لوحة تبريد تبخر مباشرة بقناة تدفق خلية نحل كما هو موضح في الشكل 3. من خلال تحسين المعلمات الهيكلية لقناة تدفق خلية النحل، يمكن حل مشكلة تحويل سائل العمل ثنائي الطور في صفيحة التبريد التبخيري؛ مع نتائج محاكاة مجال تدفق قناة خلية النحل الصلبة، فإن لوحة التبريد التبخييري ذات هذا الهيكل من القناة تتمتع بأداء أفضل في التوحيد البحري نظريا. عرض قناة التدفق للوحة التبريد التبخيري هو 10 مم، وارتفاع قناة التدفق الداخلية 3 مم، والسمك الكلي 5 مم.
في النظام، تستخدم لوح التبخر البارد التمدد المباشر لوحة تسخين سيليكون كمصدر حرارة محاكى لمحاكاة الحمل. لوحة تسخين السيليكون متصلة بمنظم جهد أحادي الطور. يتم ضبط قوة لوحة التسخين عن طريق ضبط جهد لوحة التسخين لمحاكاة اختبار اللوح البارد التبخيري تحت ظروف تحميل مختلفة. تستخدم إحدى الألواح التبخيرية الباردة أربع ألواح تسخين من مطاط السيليكون لتحقيق اختبار محاكاة الحمل. كما هو موضح في الشكل 5، لكل صفيحة باردة متبخرة، يتم ترتيب 8 ثروبروبلز من نوع K، وتدمج المجموعات الحرارية في صفيحة الشحم الحراري المشقوقة. الفجوة مملوءة بالشحم الحراري. وبهذه الطريقة، يتم قياس درجة حرارة سطح السطح العلوي للصفيحة الباردة التبخرة لفحص تجانسها في درجة الحرارة.
4 النتائج والتحليل
الشكل 6 هو منحنى يوضح توزيع درجة حرارة سطح اللوح البارد التبخري على مدى الزمن تحت ظروف محاكاة مصدر حرارة تبلغ 5 كيلوواط وسرعة الضاغط 4500r/دقيقة. متوسط درجة حرارة الصفيحة الباردة التبخري هو 18.5°م؛ أعلى درجة حرارة بين نقاط قياس الحرارة الثمانية هي 19.9°م، وأدنى درجة حرارة هي 17.2°م. يتم التحكم في فرق درجة الحرارة داخل اللوح البارد التبخري ضمن 4°C. تبدأ درجة حرارة اللوح البارد التبخري في الانخفاض من مدخل T1. بسبب انخفاض الضغط الكبير في اللوح البارد التبخيري، تنخفض درجة حرارة اللوح إلى نقطة قياس T6، ثم ترتفع إلى المخرج T8. بدءا من نقطة قياس T6، وبسبب زيادة جفاف سائل العمل، ينخفض معامل تبادل الحرارة بين السائل العامل واللوح البارد التبخيري، وينخفض تبادل الحرارة بالحمل الحراري، وترتفع درجة الحرارة تدريجيا.
تحت نفس مصدر الحرارة المحاكى، مع زيادة سرعة الضاغط، يظهر الفرق الأقصى في درجة الحرارة في صفيحة التبخر الباردة اتجاها تنازليا، كما يظهر متوسط درجة الحرارة اتجاها تنازليا. مع زيادة سرعة الضاغط، ينخفض ضغط التبخر في النظام، وتنخفض درجة حرارة التبادل الحراري المقابلة في صفيحة التبخر الباردة، مما يجعل درجة حرارة كل نقطة قياس تنخفض أيضا، كما يظهر الفرق الأقصى في درجة الحرارة اتجاها تنازليا. لذلك، لضمان تجانس أفضل في درجة حرارة صفيحة التبخير الباردة، يمكن زيادة سرعة الضاغط بشكل مناسب.