Прогресс исследований в области охлаждения с погруженной фазой в центрах обработки данных
С улучшением производительности компьютеров и интеграцией вычислительного оборудования плотность теплового потока центров обработки данных увеличилась, а также увеличились требования к системам отвода тепла. Из-за горячих точек и проблем с высоким потреблением энергии традиционного водяного и воздушного охлаждения трудно решить возникающие проблемы.
Требования к рассеиванию тепла электронных устройств привели к развитию технологии охлаждения с погруженным фазовым переходом. Погружная система охлаждения с фазовым переходом в основном состоит из секции испарения, секции конденсации и системы циркуляции.
Нагревательное оборудование погружено в изолирующий инертный материал, непосредственно контактирующий с агентом для отвода тепла.
Этот метод имеет преимущества хорошей теплоотдачи и низкого энергопотребления. В настоящее время технология охлаждения с иммерсионным фазовым переходом находится в зачаточном состоянии. В ближайшие несколько лет, с быстрым развитием таких технологий, как интеллектуальная промышленность и облачные вычисления, новые технологии отвода тепла, представленные иммерсионным охлаждением с фазовым переходом, несомненно, станут основной технологией отвода тепла для центров обработки данных.
В этой статье в качестве отправной точки берется основная структура и принцип погружной системы охлаждения с фазовым переходом, анализируются текущие направления исследований и состояние разработки, исходя из выбора охлаждающих материалов и механизма теплопередачи при кипении, а также перспективы технологии погруженного охлаждения с фазовым переходом. .
Ученые провели множество исследований методов отвода тепла в центрах обработки данных: традиционный отвод тепла с воздушным охлаждением был оптимизирован для организации воздушного потока, серверы отвода тепла с водяным охлаждением были установлены с объединительными платами, технология отвода тепла с тепловыми трубками, фазовый переход в погруженном состоянии охлаждение и утилизация отходящего тепла.
Исследование различных технологий для снижения энергопотребления. В то же время крупные производители серверов в стране и за рубежом также активно изучают эффективные методы отвода тепла. Китайская' компания Sugon однажды запустила сервер погруженного охлаждения, как показано на Рисунке 2.
Этот сервер можно использовать в центрах обработки данных. Значение PUE компьютерного зала снижено до 1,05, а потребление энергии снижено более чем на 30% по сравнению с традиционным центром обработки данных с воздушным охлаждением. Экономическая выгода значительна." Кирин" Сервер, запущенный Alibaba, не требует кондиционирования воздуха, вентиляторов и других аксессуаров и может быть развернут где угодно. Он экономит более 75% пространства, а его высокая степень герметичности защищает электронные компоненты от пыли, влажности и других факторов, а также от внешних помех. Помимо оборудования для отвода тепла, некоторые компании занимаются исследованиями и разработками охлаждающих сред, разработанных 3M в США. Охлаждающая жидкость Novec ™, которая имеет самые основные изоляционные свойства, имеет температуру кипения ниже, чем у обычных охлаждающих сред. (например, чистая вода, фторированная жидкость и минеральное масло).
В различных направлениях исследований, погружение. Благодаря своим преимуществам, таким как высокая эффективность рассеивания тепла, удобство обслуживания и низкий уровень шума, технология охлаждения с фазовым переходом стала в центре внимания текущих исследований.
Выбор охлаждающей среды. Устройство системы охлаждения с погружным фазовым переходом требует высокой герметичности и более высоких требований к аппаратным средствам; в то же время выбор охлаждающей среды также является ключом к технологии охлаждения с погруженным фазовым переходом. Квалифицированная охлаждающая среда должна иметь следующие характеристики.
(1) Он имеет высокую скрытую теплоту испарения, то есть при том же количестве рассеиваемого тепла используется меньше охлаждающей среды, что может повысить эффективность рассеивания тепла при одновременном снижении дополнительного потребления энергии насосами, градирнями и другим оборудованием.
(2) Он удовлетворяет требованиям к изоляции в жидком, газообразном и смешанном газожидкостном состоянии.
(3) Он должен иметь низкую температуру кипения. Когда температура сервера не очень высока, охлаждающая жидкость также может претерпевать стабильный фазовый переход, чтобы отводить тепло, чтобы обеспечить стабильную температуру сервера и нормальную работу центра обработки данных.
(4) Не вызывает коррозии серверных материалов.
(5) Он экологически чистый, нетоксичный, безвредный и простой в обращении.
(6) Высокая экономичность. В настоящее время ароматические вещества, силикаты и фторуглероды включены в объем исследований охлаждающей среды погружной системы охлаждения с фазовым переходом. Минеральное масло и фторированная жидкость являются наиболее широко используемыми охлаждающими средами для прямого контакта. Минеральное масло дешевое ､ Экологически чистое, нетоксичное и безвредное, но легко разлагается и является более опасным горючим веществом. По сравнению с минеральным маслом цена на фторид немного выше, но его свойства стабильны, огнестойкость и подходящая диэлектрическая проницаемость. Самая популярная охлаждающая среда в настоящее время. Сюй Юншэн и другие использовали игольчатые электроды для имитации общей чрезвычайно неравномерной среды электрического поля и построили платформу обнаружения частичных разрядов на основе испытательной системы высокого напряжения переменного тока 50 Гц, чтобы исследовать влияние кипения хладагента на частичный разряд. пороговое значение. Результаты исследований показывают, что кипение хладагента снижает пороговое значение изоляции изоляционной среды. Мо Шэньян и другие использовали устройство для проверки изоляции для проведения систематического исследования характеристик пробоя хладагента FC-72 в жидком, газообразном и двухфазном состояниях. Электрическая прочность паров FC-72 была получена посредством испытания на пробой напряжением промышленной частоты, и было проведено испытание на электрическую прочность паров хладагента с низкой температурой кипения при различных давлениях. Ву Силей и другие смоделировали 4 обычно используемых фторированных жидкости (FC-72, влияние Novec649, HFE-7100 и D-1) на эффект рассеивания тепла погруженной системой охлаждения с фазовым переходом. Результаты моделирования показывают, что плотность теплового потока, необходимая для теплопередачи кипения D-1, самая маленькая, но его максимальная теплоотдача близка к Novec649, немного ниже, чем FC-72 и HFE-7100, он может заменить существующие электронные фторированные жидкий Novec649 в погруженном охлаждении с фазовым переходом. Dong Jinxi и другие провели экспериментальный анализ охлаждающей жидкости на основе синтетических углеводородов (PAO) и этиленгликоля № 65. Физические и термодинамические свойства аналогичной охлаждающей жидкости (далее обозначаемой № 65), № 65 имеет более высокую теплоотдачу, чем PAO, но физическая стабильность и непроводимость PAO выше, чем # 65. В настоящее время существует меньше исследований по охлаждающей среде и необходимости. Дальнейшие исследования были проведены и нашли охлаждающую среду со стабильными физическими свойствами и высокой способностью рассеивания тепла.
Дальнейшая оптимизация технологии охлаждения с погруженным фазовым переходом может улучшить ее эффективность охлаждения. Следующие направления исследований следующие.
(1) Подготовьте охлаждающую среду со стабильными свойствами, изучите влияние среды с неравномерным электрическим полем на свойства охлаждающей жидкости и проведите испытание диэлектрической прочности охлаждающей среды при высокой напряженности поля.
(2) Фторированная жидкость имеет сильную летучесть, исследования и разработки подходящих материалов для уплотнения теплоотвода.
(3) С помощью экспериментов изучить влияние различных факторов на образование пузырьков в микроканале, изучить механизм теплопередачи при кипении на поверхности сервера и разработать более репрезентативную модель теплопередачи при кипении.
(4) Протестируйте полимерные материалы упаковки электронных устройств, чтобы убедиться в их сроке службы, снизить затраты на обслуживание во время использования сервера и снизить надежность, вызванную частым обслуживанием.
