分离式微通道热管低风量下换热性能的研究

摘要

随着人工智能、云计算等新兴产业的发展，我国数据中心的应用规模已扩大至55万个以上，随之而来的是高能耗问题。其中，由于传统冷却系统能耗占据数据中心总能耗的30%以上。为了降低冷却系统的能耗，研究者提出了适用于大中型数据中心的机柜级水冷分离式热管系统，并对该系统在满负荷、标准风量下的换热性能和规律进行研究。然而，我国数据中心平均负载率仅为50.61%，为了降低数据中心的运行能耗，分离式热管冷却系统会根据实际负载降低风扇转速，造成换热性能的衰减。因此，对低风量和低负载下分离式微通道热管的换热性能进行研究和分析将显得至关重要。因此，本文通过实验和模拟的方法研究和分析低风量下水冷分离式微通道热管的换热性能进行系统研究，内容如下：　　(1)基于焓差实验室搭建水冷分离式微通道热管系统流动换热实验台。通过实验分析和获取了水冷分离式微通道热管系统的最佳充液率为65%。并在最佳充液率下实验分析了低风量下水冷分离式微通道热管系统的换热特性，结果表明，在低风量下，微通道热管不能完全启动，但内部的制冷剂依然能够较为稳定地流动，此时蒸发器排风温度依然低于数据中心设计规范(GB50174-2017)规定的A1等级下机房空调的送风推荐温度上限。因此，降低风量是机柜处于低负载下有效且安全的节能手段。　　(2)基于所获得的实验数据，建立了适用于预测低风量下水冷分离式微通道热管系统换热性能的稳态换热模型。通过模型预测结果与实验结果的对比，验证了模型的准确性，其最大预测平均偏差为6.3%。　　(3)通过所建立的一维稳态模型研究和分析了服务器排风温度、冷冻水供水温度、冷冻水流量、蒸发器和冷凝器的高度差等运行参数在低风量下对换热性能的影响，并为这些参数的优化提供建议。　　本研究将对分离式微通道热管在数据中心的参数优化和节能运行有一定的促进作用。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 机房冷却系统国内外发展现状

1.2.1 常规机房冷却系统介绍

1.2.2 气流组织优化

1.2.3 自然冷却技术在机房冷却系统中的应用

1.3 机柜热管空调研究与发展

1.4 本文的主要研究内容

第2章 微通道热管在低风量下的实验研究

2.1 实验目的

2.2 实验装置

2.3 实验步骤

（1）保压测试

（2）制冷剂充注

（3）实验测试

2.4 误差分析

2.5 确定水冷分离式微通道热管系统的最佳充液率

2.6 低风量下水冷分离式微通道热管系统的换热性能实验研究

2.6.1 风量对系统换热量的影响

2.6.2 风量对制冷剂运行压力和温度的影响

2.6.3 风量对制冷剂质量流量及蒸发器出口干度的影响

2.6.4 风量对蒸发器出风温度的影响

2.7 本章小结

第3章 一维稳态模型建立与验证

3.1 蒸发器的换热模型

3.2 冷凝器的换热模型

3.3 连接管的模型

3.4 计算流程

3.5 模型验证

第4章 低风量下换热性能的研究和分析

4.1 服务器排风温度对换热性能的影响

4. 2 冷冻水供水温度对换热性能的影响

4.3 冷冻水流量对换热性能的影响

4.4 蒸发器和冷凝器高度差对换热性能的影响

4.5 本章小结

结论与展望

参考文献

附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文

致谢