数据中心用微通道背板热管性能实验及模拟研究

摘要

数据中心制冷能耗高、能源利用率低、PUE值居高不下，随着移动互联网、物联网、云计算等数据业务需求的爆炸式增长及 IT技术的迅速发展，而传统数据中心机柜散热手段已经不能满足服务器的散热要求，机柜内容易形成局部热点造成服务器宕机甚至损坏。相对于房间级的机柜散热方式，机柜级散热方式更为直接且效率更高。针对数据中心高热流密度机柜的特点，本文采用微通道换热器作为机柜背板热管对数据中心机柜进行冷却，设备更接近热源，采用相变换热，能有效克服传热系统的局限性，因此，系统地展开了基于微通道背板热管的实验及模拟研究。
　　首先，通过在焓差试验台上对微通道背板热管进行了实验研究，分析了充液率对微通道背板热管换热量、能效比及制冷剂压力、温度的影响以及风量对背板热管换热性能的影响，确定了背板热管最佳充液率范围和换热量的变化。研究表明系统的最大换热量和 EER分别为7.9 kW和7.9，最佳充液率范围为65.3％~74.6%。在不同的实验工况条件下对系统进行了实验，实验表明在最佳充液率范围内，风量由2000m3/h降低到600m3/h时，背板热管的换热量由8.6kW降低到3.2kW，换热量降低了62.8%，最低出风温度由22.4℃降低到20.8℃。
　　然后在工质流动遵守动量、能量及质量守恒定律的基础上，建立了微通道背板热管的稳态模型，并通过实验结果验证了模型的准确性，预测最佳充液率范围与实验基本吻合，在换热量最大时，换热量的相对误差为4.5%，质量流量的相对误差为8.6%。
　　最后，运用标准工况下模拟的结果，分析了在不同充液率下流动方向上蒸发器换热系数和雷诺数等换热性能参数。利用稳态模型分别计算了室内温度、CDU进水温度、风量对换热特性的影响。以稳态模型为基础，对微通道换热器翅片间距与高度、百叶窗间距、扁管高度等结构参数和蒸发器与 CDU的高度差对微通道背板热管换热特性的影响，为系统优化设计提供一定的参考价值和依据。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 背板热管国内外研究和发展现状

1.3微通道的研究现状

1.4本文主要研究内容

1.5本章小结

第2章 背板热管实验研究

2.1实验原理与装置

2.2实验工质与材料

2.3实验的条件与步骤

2.4实验结果整理与分析

2.5本章小结

第3章 背板热管的稳态传热计算

3.1微通道背板热管的结构

3.2系统空气侧模型

3.3背板热管蒸发器的稳态传热计算

3.4背板热管冷凝器的稳态传热计算

3.5绝热段稳态传热计算

3.6背板热管系统稳态数学模型

3.7模拟结果的验证

3.8本章小结

第4章 背板热管工况与结构参数因素分析

4.1工况参数分析

4.2结构参数分析

4.3本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文及科研成果