数据机房热负荷实验测试及三维数值模拟研究

论文摘要

网络通信设备对数据机房的运行环境有着较高的要求,空调系统在保障数据机房正常运行的同时,成为通信企业耗电的主要设备。对数据机房热负荷进行分析研究,改善冷量配置和气流组织结构设计成为降低数据机房能耗的重要途径。本文针对广州地区气候环境特点,以某通信企业的数据机房为实验对象,对数据机房热环境进行详细的测试、分析,力求优化机房运行环境,挖掘节能潜力。论文的主要研究工作及成果如下:基于传热学与流体力学理论对数据机房热源和散热量进行分析计算,在建立数据机房动态热负荷模型的基础上,对数据机房的动态热负荷和典型日热负荷进行了计算分析,得到了该数据机房中的网络通信设备的散热量为320～360W/m~2。结合数据机房空调结构参数、机房设备配置和机房内部送、回风特性,设计了合理的测试方案。对数据机房的送风口、回风口及机架周围3个不同高度点气流的速度和温度进行了实验测量,分析了温度场、速度场的分布特征,为数值模拟计算边界条件的设定提供实验数据。基于连续性方程、动量守恒方程、K方程、??方程,建立了数据机房中气流的仿真模拟控制方程,借助CFD仿真软件对机房热环境进行数值模拟计算。通过分析与计算,给出数据机房设备的发热量、机房的气流速度场、温度场分布。对模拟结果和实测结果进行分析比对,提出优化送风口、回风口的布置方案,以达到最佳的送回风状态,使通信机架中的热量能够及时散发,降低空调负荷,达到节能的效果。根据对实验数据和数值模拟结果的综合分析,结合近年来中央空调节能技术发展的主要方向,给出了数据机房中央空调节能改造的方向建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 数据机房概述
• 1.3 本文主要内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 数据机房热源及散热量分析计算
• 2.1 项目概况
• 2.2 数据机房热平衡模型
• 2.3 数据机房热源及热负荷强度分析
• 2.4 数据机房墙体传热量
• 2.5 数据机房热负荷变化规律分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 数据机房冷负荷模型计算
• 3.1 数据机房动态负荷计算
• 3.1.1 几种典型的动态负荷计算方法
• 3.1.2 机房空调动态负荷模拟软件
• 3.1.3 数据机房全年动态负荷计算
• 3.2 数据机房夏季典型日冷负荷计算
• 3.2.1 典型日冷负荷计算的模型及公式
• 3.2.2 数据机房夏季典型日负荷计算
• 3.3 数据机房室内冷负荷特性分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 数据机房气流组织结构测试分析
• 4.1 送风口气流速度与温度测试
• 4.1.1 测量仪器及方案
• 4.1.2 送风口气流速度温度的分析
• 4.2 回风口气流速度与温度测试
• 4.2.1 测量方案
• 4.2.2 回风口气流速度温度的分析
• 4.3 机架周围气流温度与速度测试分析
• 4.3.1 测量方案
• 4.3.2 机架前后气流温度测试分析
• 4.3.3 机架周围气流速度测量分析
• 4.4 数据机房气流组织结构特性分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 数据机房中的气流组织CFD 模拟
• 5.1 CFD 仿真模拟概述
• 5.1.1 CFD 计算过程
• 5.1.2 CFD 软件介绍
• 5.1.3 FLUENT 软件简介
• 5.2 模型的建立
• 5.2.1 数据机房的几何模型
• 5.2.2 数据机房的物理模型
• 5.2.3 控制方程
• 5.2.4 网格划分及边界条件处理
• 5.3 数值模拟计算结果分析
• 5.3.1 送风口速度仿真计算图
• 5.3.2 送风口的温度场仿真计算图
• 5.3.3 不同高度平面机房气流速度场分布图
• 5.3.4 不同高度平面机房温度场分布图
• 5.4 本章小结
• 第六章 数据机房中央空调能耗及节能分析
• 6.1 中央空调系统的能耗构成
• 6.2 冷冻水系统的节能
• 6.3 冷却水系统的节能
• 6.4 运行管理上的节能
• 6.5 计算机网络远程监控管理系统在中央空调节能中的应用
• 6.6 本数据机房空调的结构特点及节能改造的方向
• 6.7 本章小结
• 总结与展望
• 1. 总结
• 2. 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件