پیشرفت تحقیقات خنک کننده تغییر فاز غوطه ور در مرکز داده

با بهبود عملکرد کامپیوتر و ادغام تجهیزات محاسباتی، چگالی جریان حرارتی مراکز داده افزایش یافته است و الزامات سیستم های اتلاف گرما نیز در حال افزایش است. با توجه به نقاط داغ و مشکلات مصرف انرژی بالا در خنک کننده سنتی آب و خنک کننده هوا، پاسخگویی به مسائل نوظهور دشوار است.

الزامات اتلاف حرارت دستگاه های الکترونیکی منجر به توسعه فناوری خنک کننده تغییر فاز غوطه ور شده است. سیستم خنک کننده تغییر فاز غوطه ور عمدتاً از یک بخش تبخیر، یک بخش تراکم و یک سیستم گردش تشکیل شده است.

تجهیزات گرمایشی در یک تماس بی اثر عایق مستقیم با عامل برای اتلاف گرما غوطه ور می شوند.

این روش دارای مزایای عملکرد خوب اتلاف گرما و مصرف کم انرژی است. در حال حاضر، فناوری خنک کننده تغییر فاز غوطه وری در مراحل ابتدایی خود است. در چند سال آینده، با توسعه سریع فناوری‌هایی مانند صنعت هوشمند و محاسبات ابری، فناوری‌های جدید اتلاف گرما که با خنک‌کننده تغییر فاز غوطه‌وری نشان داده می‌شوند، مطمئناً به فناوری اصلی اتلاف گرما برای مراکز داده تبدیل خواهند شد.

این مقاله ساختار اصلی و اصل سیستم خنک کننده تغییر فاز غوطه ور را به عنوان نقطه شروع می گیرد، تمرکز تحقیق و وضعیت توسعه فعلی را از انتخاب مواد خنک کننده و مکانیسم انتقال حرارت در حال جوش، و چشم انداز فناوری خنک کننده تغییر فاز غوطه ور را تحلیل می کند. .

محققان تحقیقات زیادی در مورد روش‌های اتلاف گرما در مراکز داده انجام داده‌اند: اتلاف گرمای هوا خنک سنتی برای سازماندهی جریان هوا بهینه‌سازی شده است، سرورهای اتلاف گرما خنک‌شونده با آب با صفحات پشتی نصب شده‌اند، فناوری اتلاف حرارت لوله‌های حرارتی، تغییر فاز غوطه‌ور شده خنک سازی و بازیابی حرارت هدر رفته انجام شده است.

تحقیق در مورد انواع فناوری ها برای کاهش مصرف انرژی. در همان زمان، تولید کنندگان سرورهای بزرگ در داخل و خارج از کشور نیز به طور فعال روش های اتلاف گرما کارآمد را بررسی می کنند. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، یک بار شرکت سوگون چین'؛ یک سرور خنک کننده غوطه ور راه اندازی کرد.

این سرور را می توان در مراکز داده استفاده کرد. مقدار PUE اتاق کامپیوتر به 1.05 کاهش می یابد و مصرف انرژی در مقایسه با مرکز داده سنتی با هوا خنک بیش از 30 درصد کاهش می یابد. منافع اقتصادی قابل توجه است."Kirin" سرور راه اندازی شده توسط علی بابا نیازی به تهویه مطبوع، فن و سایر لوازم جانبی ندارد و می تواند در هر مکانی مستقر شود. بیش از 75 درصد در فضا صرفه جویی می کند و درجه هوابندی بالای آن، قطعات الکترونیکی را از گرد و غبار، رطوبت و سایر عوامل دور نگه می دارد و از تداخل خارجی محافظت می کند. علاوه بر تجهیزات دفع گرما، برخی از شرکت ها متعهد به تحقیق و توسعه رسانه های خنک کننده هستند که توسط 3M در ایالات متحده ساخته شده است. خنک کننده Novec که دارای ابتدایی ترین خواص عایق است، نقطه جوش کمتری نسبت به رسانه های خنک کننده معمولی دارد. (مانند آب خالص، مایع فلوئوردار و روغن معدنی).

در جهات مختلف تحقیقاتی، غوطه وری به دلیل مزایای آن مانند عملکرد اتلاف حرارت بالا، تعمیر و نگهداری راحت و نویز کم، فناوری خنک کننده تغییر فاز به کانون تحقیقات فعلی تبدیل شده است.

انتخاب محیط خنک کننده دستگاه سیستم خنک کننده تغییر فاز غوطه ور نیاز به عملکرد آب بندی بالا و نیازهای بالاتر برای امکانات سخت افزاری دارد. در عین حال، انتخاب محیط خنک کننده نیز کلید فناوری خنک کننده تغییر فاز غوطه ور است. محیط خنک کننده واجد شرایط باید ویژگی های زیر را داشته باشد.

(1) گرمای نهان تبخیر بالایی دارد، یعنی همان مقدار اتلاف گرما از محیط خنک کننده کمتری استفاده می کند، که می تواند ضمن کاهش مصرف انرژی اضافی پمپ ها، برج های خنک کننده و سایر تجهیزات، راندمان اتلاف گرما را بهبود بخشد.

(2) الزامات عایق را در حالت مخلوط مایع، گاز و گاز-مایع برآورده می کند.

(3) باید نقطه جوش پایینی داشته باشد. هنگامی که دمای سرور خیلی بالا نیست، مایع خنک کننده نیز می تواند تحت یک تغییر فاز پایدار قرار گیرد تا گرما را از بین ببرد تا از دمای پایدار سرور و عملکرد عادی مرکز داده اطمینان حاصل شود.

(4) غیر خورنده به مواد سرور.

(5) سازگار با محیط زیست، غیر سمی و بی ضرر، و آسان برای رسیدگی است.

(6) اقتصاد بالا. در حال حاضر، مواد معطر، سیلیکات ها و فلوئوروکربن ها در حوزه تحقیقاتی محیط خنک کننده سیستم خنک کننده تغییر فاز مستغرق گنجانده شده است. روغن معدنی و مایع فلوئوردار، محیط خنک کننده با تماس مستقیم پرکاربردتر هستند. روغن معدنی ارزان است، سازگار با محیط زیست، غیر سمی و بی ضرر است، اما به راحتی تجزیه می شود و ماده ای قابل احتراق است که خطرناک تر است. در مقایسه با روغن معدنی، قیمت فلوراید کمی بالاتر است، اما خواص آن پایدار، ضد شعله و ثابت دی الکتریک مناسب است. محبوب ترین وسیله خنک کننده در حال حاضر. Xu Yongsheng و دیگران از الکترودهای صفحه سوزنی برای شبیه سازی محیط میدان الکتریکی بسیار ناهموار رایج استفاده کردند و یک پلت فرم تشخیص تخلیه جزئی بر اساس یک سیستم تست ولتاژ ولتاژ مقاومت AC با ولتاژ بالا 50 هرتز ساختند تا تأثیر جوش مبرد بر تخلیه جزئی را بررسی کنند. مقدار آستانه نتایج تحقیق نشان می دهد که جوشاندن مبرد باعث کاهش مقدار آستانه عایق محیط عایق می شود. مو شنیانگ و دیگران از یک دستگاه تست عایق برای انجام یک مطالعه سیستماتیک بر روی ویژگی‌های شکست مبرد FC-72 در حالت‌های مایع، گاز و دو فاز استفاده کردند. استحکام دی الکتریک بخار FC-72 از طریق آزمایش شکست ولتاژ فرکانس توان به دست آمد و آزمایش قدرت دی الکتریک چند فشاری بخار مبرد با نقطه جوش پایین محقق شد. Wu Xilei و دیگران 4 مایع فلوئوردار رایج (FC-72، تأثیر Novec649، HFE-7100 و D-1) را بر روی اثر اتلاف حرارت سیستم خنک کننده تغییر فاز غوطه ور شبیه سازی کردند. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که چگالی شار حرارتی مورد نیاز برای انتقال حرارت جوش D-1 کمترین است، اما حداکثر ظرفیت اتلاف حرارت آن نزدیک به Novec649 است، کمی کمتر از FC-72 و HFE-7100، می تواند جایگزین فلوئورهای الکترونیکی موجود شود. مایع Novec649 در خنک کننده تغییر فاز غوطه ور. دونگ جینشی و دیگران خنک کننده مبتنی بر هیدروکربن مصنوعی (PAO) و #65 اتیلن گلیکول را از طریق آزمایشات تجزیه و تحلیل کردند. پایداری فیزیکی و عدم رسانایی PAO بالاتر از #65 است. در حال حاضر تحقیقات کمتری در مورد رسانه های خنک کننده وجود دارد و نیاز به تحقیقات بیشتر انجام شد و یک محیط خنک کننده با خواص فیزیکی پایدار و ظرفیت اتلاف حرارت بالا یافت شد.

بهینه سازی بیشتر فناوری خنک کننده تغییر فاز مستغرق می تواند کارایی خنک کننده آن را بهبود بخشد. جهت تحقیق بعدی به شرح زیر است.

(1) محیط خنک کننده را با خواص پایدار آماده کنید، تأثیر محیط میدان الکتریکی ناهموار بر خواص مایع خنک کننده را مطالعه کنید و آزمایش قدرت دی الکتریک محیط خنک کننده را تحت قدرت میدان بالا انجام دهید.

(2) مایع فلوئوردار دارای فراریت قوی، تحقیق و توسعه مواد آب بندی سینک حرارتی منطبق است.

(3) از طریق آزمایش‌ها، تأثیر عوامل مختلف بر تشکیل حباب‌ها در میکروکانال را بیشتر بررسی کنید، مکانیسم انتقال حرارت جوشان را در سطح سرور مطالعه کنید، و مدل انتقال حرارت جوشش را نمایندگی کنید.

(4) آزمایش زمان مواد پلیمری بسته بندی دستگاه های الکترونیکی برای اطمینان از عمر مفید آنها، کاهش هزینه نگهداری در طول استفاده از سرور و کاهش قابلیت اطمینان ناشی از تعمیر و نگهداری مکرر.