1 概述
　　
　　随着大数据、人工智能行业的兴起,对数据的计算、存储、传输提出了较高的要求,进而促进了数据中心的兴起,而数据中心的生命周期的是从投产使用开始,行业由新建状态注定要往运营态转变,整个市场也由建设转为存量运营,因此运维水平的高低决定了整个数据中心的安全性和经济性。
　　
　　本文以国外某大型数据中心为案例,讲述计算流体动力学(CFD)仿真在数据中心运营中的优势。在实施IT设备大规模部署之前,使用CFD仿真软件改善数据中心运行情况,可使得数据中心容量利用率提高,同时为客户提供容量管理的解决方案。
　　
　　基于上述背景,本文建立了一个容量为60%的机房数字模型(如图1所示)。将该数字模型与实际模型进行标定,对出现偏差的地方再进行调查,找出原因并加以纠正。在标定后,增加负载后观察整个机房的热环境,确定是否需要其它改善措施。
　　
　　分析显示,该机房存在多个冷却问题,这些问题会给IT设备进一步部署带来风险。房间存在的问题包括以下几点:
　　
　　1.冷通道微负压
　　
　　2.线缆穿孔泄漏
　　
　　3.地板格栅角度不合理
　　
　　4.压差控制值不合理
　　
　　下文将做出详细分析。
　　
　　2 机房问题分析
　　
　　(1)冷通道微负压
　　
　　图2是距地1m高处的压力图,颜色越蓝表示压力越低,颜色越偏黄绿表明压力越高。由图可以看出,尽管整个房间的风量足够大,但局部的风量仍然不足,这导致某些封闭的通道变得略微负压,从而导致热空气通过机柜盲板中的缝隙被吸入到IT设备入口。随着其他IT设备的部署,该问题会进一步被放大,热环境也会进一步恶化。
　　
　　(2)线缆穿孔泄漏
　　
　　图3为穿过线缆穿孔的气流泄漏流线,该模型还揭示了现场设备中导致制冷效率低下的原因。在校准时,大约有30%的空气通过高架地板孔泄漏,造成冷量浪费。虽然通常的做法是用毛刷密封电缆穿孔,但房间中的某些IT设备的冷却气流仅通过电缆穿孔提供。为解决这个问题,必须逐机架进行密封,以确保以此方式冷却的设备保持足够的冷量,同时提高房间的制冷效率。
　　
　　(3)地板格栅角度不合理
　　
　　大多数地板格栅翅片是正交,且两个翅片方向的高度不一致,如图4所示,这意味着其效果会受到其叶片方向的影响。
　　
　　速度图如图5所示,该图显示了来自不同地板格栅方向中冷气流动的差异。虽然翅片的尺寸相差,但气流受到了显著的影响。如图5(b)所示,按照此方法安装地板格栅,可可使冷气流向机柜进口扩散。
　　
　　(4)压差控制值不合理
　　
　　本文对流量控制策略进行了研究。将压差降低至10Pa,意味着风扇速度可以降低26%,从而使风扇功率降低至原始功率的56%。降低送风压力可降低运营成本。此外,它还降低了地板空间中射流的最大速度,从而减少了其它不利影响,如低压和不稳定区域。
　　
　　在两种压差控制策略下,还模拟了空调故障的场景,以预测IT到N+25%设计冗余的弹性。在现状模型中,经过优化的机房可以安全地以较低的成本运行。
　　
　　根据以上四点改进措施,客户对机房进行了各种改进。包括密封盲板密封电缆穿孔,地板格栅统一叶片方向,根据通道压力分析来增加和移除地板格栅等。改善后,建议降低地板压差至10Pa。仿真证明,控制点为10Pa即能够保持机房正常运行。
　　
　　3 提高容量
　　
　　改造方案确定后,重点便转移到了未来的IT设备部署上。为了验证新的IT设备是否可以安全部署,将该数据中心的负载提高到1MW。结果表明,必须采用对线缆穿件进行密封,并加装智能地板格栅,才能维持数据中心的正常运行。
　　
　　分析现有模型存在的问题,并找到改善的措施,才能释放机房容量,使机房能够达到设计能力,同时安全运行。
　　
　　编辑：Harris