Forschungsfortschritt der getauchten Phasenwechselkühlung in Rechenzentren
Mit der Verbesserung der Rechenleistung und der Integration von Rechenanlagen hat sich die Wärmestromdichte von Rechenzentren erhöht und auch die Anforderungen an Wärmeabfuhrsysteme steigen. Aufgrund der Hot Spots und des hohen Energieverbrauchs der herkömmlichen Wasser- und Luftkühlung ist es schwierig, aufkommende Probleme zu lösen
Die Anforderungen an die Wärmeableitung elektronischer Geräte haben zur Entwicklung der eingetauchten Phasenwechselkühltechnologie geführt. Das eingetauchte Phasenwechselkühlsystem besteht hauptsächlich aus einem Verdampfungsabschnitt, einem Kondensationsabschnitt und einem Umlaufsystem.
Das Heizgerät wird in ein isolierendes Inert getaucht. Direkter Kontakt mit dem Mittel zur Wärmeableitung.
Dieses Verfahren hat die Vorteile einer guten Wärmeableitungsleistung und eines geringen Energieverbrauchs. Gegenwärtig steckt die Immersions-Phasenwechsel-Kühltechnologie noch in den Kinderschuhen. In den nächsten Jahren werden mit der rasanten Entwicklung von Technologien wie Smart Industry und Cloud Computing neue Wärmeableitungstechnologien, die durch die Immersions-Phasenwechselkühlung repräsentiert werden, mit Sicherheit die Mainstream-Wärmeableitungstechnologie für Rechenzentren werden.
Dieser Artikel nimmt den prinzipiellen Aufbau und das Prinzip des getauchten Phasenwechselkühlsystems als Ausgangspunkt, analysiert die aktuellen Forschungsschwerpunkte und den Entwicklungsstand aus der Auswahl der Kühlmaterialien und des Siedewärmeübertragungsmechanismus sowie Perspektiven für die getauchte Phasenwechselkühltechnologie .
Wissenschaftler haben viel über die Wärmeableitungsmethoden von Rechenzentren geforscht: traditionelle luftgekühlte Wärmeableitung wurde für die Luftstromorganisation optimiert, wassergekühlte Wärmeableitungsserver wurden mit Backplanes installiert, Heatpipe-Wärmeableitungstechnologie, getauchte Phasenänderung Kühlung und Abwärmenutzung durchgeführt.
Forschung zu einer Vielzahl von Technologien zur Reduzierung des Energieverbrauchs. Gleichzeitig forschen auch große Serverhersteller im In- und Ausland aktiv an effizienten Methoden der Wärmeableitung. Chinas's Sugon Company hat einst einen Tauchkühlserver auf den Markt gebracht, wie in Abbildung 2 gezeigt.
Dieser Server kann in Rechenzentren eingesetzt werden Der PUE-Wert des Computerraums wird auf 1,05 gesenkt und der Energieverbrauch um mehr als 30 % im Vergleich zum herkömmlichen luftgekühlten Rechenzentrum gesenkt. Die wirtschaftlichen Vorteile sind beträchtlich. Das"Kirin" Der von Alibaba eingeführte Server benötigt keine Klimaanlage, Lüfter und anderes Zubehör und kann überall eingesetzt werden. Es spart mehr als 75 % Platz, hält elektronische Komponenten durch seine hohe Luftdichtheit von Staub, Feuchtigkeit und anderen Faktoren fern und ist vor äußeren Einflüssen geschützt. Neben Wärmeableitungsgeräten widmen sich einige Unternehmen der Erforschung und Entwicklung von Kühlmedien, die von 3M in den USA entwickelt wurden. Ein Novec-Kühlmittel, das die grundlegendsten Isoliereigenschaften aufweist, hat einen niedrigeren Siedepunkt als herkömmliche Kühlmedien (wie reines Wasser, fluorierte Flüssigkeiten und Mineralöl).
In verschiedenen Forschungsrichtungen Immersion Aufgrund ihrer Vorteile wie hoher Wärmeableitungsleistung, komfortabler Wartung und geringer Geräuschentwicklung ist die Phasenwechselkühltechnologie in den Fokus der aktuellen Forschung gerückt.
Auswahl des Kühlmediums Das getauchte Phasenwechselkühlsystem erfordert eine hohe Dichtleistung und höhere Anforderungen an die Hardwareausstattung; gleichzeitig ist die wahl des kühlmediums auch der schlüssel zur getauchten phasenwechselkühlungstechnologie. Qualifiziertes Kühlmedium sollte folgende Eigenschaften aufweisen.
(1) Es hat eine hohe latente Verdampfungswärme, d. h., die gleiche Menge an Wärmeableitung verwendet weniger Kühlmedium, was die Wärmeableitungseffizienz verbessern und gleichzeitig den zusätzlichen Energieverbrauch von Pumpen, Kühltürmen und anderen Geräten reduzieren kann.
(2) Es erfüllt in seinem flüssigen, gasförmigen und gasförmig-flüssig gemischten Zustand die Isolationsanforderungen.
(3) Es sollte einen niedrigen Siedepunkt haben. Wenn die Temperatur des Servers nicht sehr hoch ist, kann das Kühlmittel auch einen stabilen Phasenwechsel durchlaufen, um die Wärme abzuführen, um die stabile Temperatur des Servers und den normalen Betrieb des Rechenzentrums zu gewährleisten.
(4) Nicht korrosiv gegenüber Servermaterialien.
(5) Es ist umweltfreundlich, ungiftig und ungefährlich und einfach zu handhaben.
(6) Hohe Wirtschaftlichkeit. Derzeit werden Aromastoffe, Silikate und Fluorkohlenwasserstoffe in den Forschungsumfang des Kühlmediums von getauchten Phasenwechselkühlsystemen einbezogen. Mineralöl und fluorierte Flüssigkeiten sind die am häufigsten verwendeten Kühlmedien mit direktem Kontakt. Mineralöl ist billig ､Umweltfreundlich, ungiftig und ungefährlich, aber leicht zersetzbar und ein brennbarer Stoff, der gefährlicher ist. Im Vergleich zu Mineralöl ist der Preis von Fluorid etwas höher, aber seine Eigenschaften sind stabil, flammwidrig und haben eine geeignete Dielektrizitätskonstante. Das derzeit beliebteste Kühlmedium. Xu Yongsheng und andere verwendeten Nadelelektroden, um die übliche, extrem ungleichmäßige elektrische Feldumgebung zu simulieren, und bauten eine Teilentladungs-Erkennungsplattform basierend auf einem 50-Hz-Hochspannungs-Wechselspannungsprüfsystem, um die Auswirkungen des Siedens von Kältemittel auf Teilentladungen zu untersuchen der Schwellenwert. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass das Sieden des Kältemittels den Isolationsgrenzwert der Isolationsumgebung senkt. Mo Shenyang und andere führten mit einem Isolationstestgerät eine systematische Untersuchung der Durchschlagseigenschaften des Kältemittels FC-72 in flüssigem, gasförmigem und zweiphasigem Zustand durch. Die Durchschlagsfestigkeit von FC-72-Dampf wurde durch den Netzfrequenzspannungs-Durchschlagstest erhalten, und der Mehrfachdruck-Durchschlagsfestigkeitstest des Kältemitteldampfs mit niedrigem Siedepunkt wurde realisiert. Wu Xilei und andere simulierten 4 häufig verwendete fluorierte Flüssigkeiten (FC-72, Der Einfluss von Novec649, HFE-7100 und D-1) auf die Wärmeableitungswirkung des eingetauchten Phasenwechselkühlsystems. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die für die D-1-Siedewärmeübertragung erforderliche Wärmestromdichte am kleinsten ist, ihre maximale Wärmeableitungskapazität jedoch nahe bei Novec649 liegt, etwas niedriger als bei FC-72 und HFE-7100, kann die vorhandene elektronische fluorierte . ersetzen flüssiges Novec649 in eingetauchter Phasenwechselkühlung. Dong Jinxi und andere analysierten synthetisches Kühlmittel auf Kohlenwasserstoffbasis (PAO) und #65 Ethylenglykol durch Experimente Die physikalischen und thermodynamischen Eigenschaften des ähnlichen Kühlmittels (im Folgenden als #65 bezeichnet), #65 hat eine höhere Wärmeableitungskapazität als PAO, aber die physikalische Stabilität und Nichtleitfähigkeit von PAO sind höher als #65. Jetzt gibt es weniger Forschungen zu Kühlmedien und -bedarf. Weitere Untersuchungen wurden durchgeführt und ein Kühlmedium mit stabilen physikalischen Eigenschaften und hoher Wärmeableitungskapazität gefunden.
Eine weitere Optimierung der eingetauchten Phasenwechselkühltechnologie kann ihre Kühleffizienz verbessern. Die nächsten Forschungsrichtungen sind wie folgt.
(1) Bereiten Sie das Kühlmedium mit stabilen Eigenschaften vor, untersuchen Sie den Einfluss der ungleichmäßigen elektrischen Feldumgebung auf die Eigenschaften der Kühlflüssigkeit und führen Sie den Durchschlagsfestigkeitstest des Kühlmediums bei hoher Feldstärke durch.
(2) Fluorierte Flüssigkeit hat eine starke Flüchtigkeit, Forschung und Entwicklung von passenden Kühlkörper-Dichtungsmaterialien.
(3) Durch Experimente den Einfluss verschiedener Faktoren auf die Bildung von Blasen im Mikrokanal weiter untersuchen, den Mechanismus der Siedewärmeübertragung auf der Oberfläche des Servers untersuchen und ein repräsentativeres Siedewärmeübertragungsmodell erstellen.
(4) Testen Sie die Polymerverpackungsmaterialien elektronischer Geräte auf Zeit, um deren Lebensdauer sicherzustellen, die Wartungskosten während der Nutzung des Servers zu reduzieren und die Zuverlässigkeit durch häufige Wartung zu verringern.
