Veri Merkezi Sunucuları için Daldırmalı Faz Değişimli Soğutma Teknolojisinin Etkileyen Faktörlerinin Simülasyon Çalışması

Özet

Daldırmalı faz değişimli soğutma, soğutma sıvısının gizli ısısını kullanıp sıvıyı ısı üreten elektronik çiple doğrudan temas ettirerek, günümüz yüksek ısı akısı yoğunluklu veri merkezlerinin soğutma gereksinimini karşılayabilir. Alıntılanan bir kaynak 100 W/cm² üzerindeki ısı akısında hava soğutmanın ve ısı borulu soğutmanın artık uygulanamadığını belirtiyor. Çalışma yoğuşturucu soğutma suyu giriş sıcaklığını ve hızını ile sunucu kartları arasındaki aralığı değiştirip çip sıcaklığını, sıcaklık dağılımını ve bir homojenlik katsayısını izliyor.

FC-40 ve FC-77'nin kaynama noktaları, çip 85 °C güvenli sınırının altında kalırken kaynamaya izin vermeyecek kadar yüksek; HFE-7000 boştayken bile kaynıyor ve yoğuşturucu su pompası enerjisini artırıyor; bu yüzden üçü dışlandı ve HFE-7100 kullanıldı. 20 °C soğutma suyu girişi ve 1 m/s'de deneye karşı modelin kararlı çip yüzey sıcaklığı en fazla 2,5 °C farklıydı. Debi durumları 24 °C giriş sıcaklığı ve 0,6, 0,8, 1 ve 1,2 m/s hızlarını kullandı; kararlı çip sıcaklığı debiden yalnızca zayıf etkilendi, kararlı hale gelme süresi debi arttıkça azaldı.

Kart aralığını 5 mm'den 15 mm'ye çıkarmak maksimum sıcaklığı %5,06 azalttı, sıcaklık farkını 16,5 °C'den 11 °C'ye düşürdü ve homojenlik katsayısını %52,6 azalttı. 15 mm'den 25 mm'ye çıkmak maksimum sıcaklığı yalnızca %1,07 azalttı ve sıcaklık farkı 11 °C'den 10,3 °C'ye düştü; bu yüzden 15 mm optimal sayıldı. Daha düşük su giriş sıcaklığı esas olarak kararlı çip sıcaklığını düşürüyor, daha yüksek debi esas olarak geçici süreyi kısaltıyor.

Sınırlar: tek bir sıvı (HFE-7100), belirli güç koşulları ve küçük ölçekli model; sonuçlar başka sıvılara veya sunucu geometrilerine doğrudan aktarılamaz. Kaynama noktası sıvı seçiminde belirleyici: çip güvenli sınırı altında kaynayan ama boştayken sürekli kaynamayan bir sıvı gerekli.

Öne çıkan noktalar

1. FC-40 ve FC-77'nin kaynama noktaları çip 85 °C güvenli sınırının altında kalırken kaynamaya izin vermeyecek kadar yüksek; HFE-7000 boştayken bile kaynıyor; bu yüzden üçü dışlandı ve HFE-7100 kullanıldı.
2. 20 °C soğutma suyu girişi ve 1 m/s'de deneye karşı modelin kararlı çip yüzey sıcaklığı en fazla 2,5 °C farklıydı.
3. Debi durumları 24 °C giriş sıcaklığı ve 0,6, 0,8, 1 ve 1,2 m/s hızlarını kullandı; kararlı çip sıcaklığı debiden yalnızca zayıf etkilendi, kararlı hale gelme süresi debi arttıkça azaldı.
4. Kart aralığını 5 mm'den 15 mm'ye çıkarmak maksimum sıcaklığı %5,06 azalttı, sıcaklık farkını 16,5 °C'den 11 °C'ye düşürdü ve homojenlik katsayısını %52,6 azalttı.
5. 15 mm'den 25 mm aralığa çıkmak maksimum sıcaklığı yalnızca %1,07 azalttı (sıcaklık farkı 11'den 10,3 °C'ye); 15 mm optimal sayıldı.
6. Alıntılanan bir kaynak 100 W/cm² üzerindeki ısı akısında hava soğutmanın ve ısı borulu soğutmanın artık uygulanamadığını belirtiyor.

Tasarımda kullanımı

• İki fazlı daldırma sıvısını kaynama noktasına göre seçin: çip 85 °C sınırı altında kaynamalı ama boştayken sürekli kaynayıp yoğuşturucu pompa enerjisini artırmamalı (HFE-7100 seçildi).
• Sunucu kartı aralığını yaklaşık 15 mm'de tutun; 5'ten 15 mm'ye maksimum sıcaklık %5,06 düştü, 15'ten 25 mm'ye yalnızca %1,07.
• Yoğuşturucu su giriş sıcaklığını kararlı çip sıcaklığı için, debiyi geçici süre için ayar değişkeni olarak kullanın.

Kimler okumalı

İki fazlı daldırma soğutma sıvısı ve kart aralığı tasarımı yapan soğutma mühendisleri ve araştırmacılar.

Belgenin bölümleri

1. 1. Giriş
2. 2. Simülasyon modelinin kurulması (2.1 Soğutma sıvısı seçimi, 2.2 Fiziksel model, 2.3 Sayısal model: VOF modeli, türbülans modelleri, buharlaşma-yoğuşma modeli; 2.5 Izgara bağımsızlığı doğrulaması, 2.6 Model doğrulama, 2.7 Değerlendirme göstergesi)
3. 3. Sonuçlar ve tartışma (3.2 Farklı soğutma suyu giriş debilerinin soğutma performansına etkisi)
4. 4. Sonuçlar

Belgeyi okuyun

Yayın bilgileri

Yazarlar

Tiantian Zhao; Rongfeng Sun; Xukai Hou; Jikai Huang; Wenguang Geng; Jianguo Jiang

Yayıncı

Energies (MDPI AG)

Yıl

2023

Cilt

16

Sayı

12

Sayfalar

4640

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Bilimsel yayın

Erişim

Açık lisans — indirilebilir

DOI

10.3390/en16124640

Lisans

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

Lisans kanıtı

www.mdpi.com

Künye