Onderzoeksvoortgang van ondergedompelde faseveranderingskoeling in datacenter

Met de verbetering van de computerprestaties en de integratie van computerapparatuur is de warmtestroomdichtheid van datacenters toegenomen en nemen ook de vereisten voor warmteafvoersystemen toe. Vanwege de hotspots en problemen met het hoge energieverbruik van traditionele waterkoeling en luchtkoeling, is het moeilijk om nieuwe problemen op te lossen

De warmteafvoervereisten van elektronische apparaten hebben geleid tot de ontwikkeling van ondergedompelde faseveranderingskoelingstechnologie. Het ondergedompelde faseovergangskoelsysteem bestaat hoofdzakelijk uit een verdampingssectie, een condensatiesectie en een circulatiesysteem.

De verwarmingsapparatuur is ondergedompeld in een isolerend inert Direct contact met het middel voor warmteafvoer.

Deze methode heeft de voordelen van een goede warmteafvoer en een laag energieverbruik. Op dit moment staat de koeltechnologie met onderdompelingsfaseverandering nog in de kinderschoenen. In de komende jaren, met de snelle ontwikkeling van technologieën zoals slimme industrie en cloud computing, zullen nieuwe warmtedissipatietechnologieën, vertegenwoordigd door onderdompelingsfaseveranderingskoeling, zeker de mainstream warmtedissipatietechnologie voor datacenters worden.

Dit artikel neemt de hoofdstructuur en het principe van het ondergedompelde faseveranderingskoelsysteem als uitgangspunt, analyseert de huidige onderzoeksfocus en ontwikkelingsstatus van de selectie van koelmaterialen en het kokende warmteoverdrachtsmechanisme, en vooruitzichten voor de ondergedompelde faseveranderingskoeltechnologie .

Geleerden hebben veel onderzoek gedaan naar de warmteafvoermethoden van datacenters: traditionele luchtgekoelde warmteafvoer is geoptimaliseerd voor de organisatie van de luchtstroom, watergekoelde warmteafvoerservers zijn geïnstalleerd met backplanes, warmteafvoertechnologie voor warmteafvoer, ondergedompelde faseovergang koeling en terugwinning van restwarmte zijn uitgevoerd.

Onderzoek naar verschillende technologieën om het energieverbruik te verminderen. Tegelijkertijd zijn ook grote serverfabrikanten in binnen- en buitenland actief op zoek naar efficiënte methoden voor warmteafvoer. China's Sugon Company lanceerde ooit een ondergedompelde koelserver, zoals weergegeven in figuur 2.

Deze server kan gebruikt worden in datacenters. De PUE-waarde van de computerruimte is verlaagd naar 1,05 en het energieverbruik is met meer dan 30% verminderd in vergelijking met het traditionele luchtgekoelde datacenter. De economische voordelen zijn aanzienlijk. Het"Kirin" server gelanceerd door Alibaba vereist geen airconditioning, ventilatoren en andere accessoires en kan overal worden ingezet. Het bespaart meer dan 75% ruimte, en de hoge mate van luchtdichtheid houdt elektronische componenten uit de buurt van stof, vocht en andere factoren, en is beschermd tegen externe interferentie. Naast warmteafvoerapparatuur, zetten sommige bedrijven zich in voor onderzoek en ontwikkeling van koelmedia, ontwikkeld door 3M in de Verenigde Staten. Een Novec-koelmiddel, dat de meest elementaire isolerende eigenschappen heeft, heeft een kookpunt dat lager is dan dat van gewone koelmedia (zoals zuiver water, gefluoreerde vloeistof en minerale olie).

In verschillende onderzoeksrichtingen, onderdompeling Vanwege de voordelen, zoals hoge warmteafvoerprestaties, gemakkelijk onderhoud en een laag geluidsniveau, is de faseveranderingskoelingstechnologie de focus geworden van het huidige onderzoek.

Selectie van koelmedium Het ondergedompelde koelsysteem met faseverandering vereist hoge afdichtingsprestaties en hogere eisen aan hardwarefaciliteiten; tegelijkertijd is de keuze van het koelmedium ook de sleutel tot de ondergedompelde faseveranderingskoeltechnologie. Gekwalificeerd koelmedium moet de volgende kenmerken hebben.

(1) Het heeft een hoge latente verdampingswarmte, dat wil zeggen dat dezelfde hoeveelheid warmteafvoer minder koelmedium gebruikt, wat de efficiëntie van de warmteafvoer kan verbeteren terwijl het extra energieverbruik van pompen, koeltorens en andere apparatuur wordt verminderd.

(2) Het voldoet aan de isolatie-eisen in zijn vloeibare, gasvormige en gas-vloeistof gemengde toestand.

(3) Het moet een laag kookpunt hebben. Wanneer de temperatuur van de server niet erg hoog is, kan de koelvloeistof ook een stabiele faseverandering ondergaan om de warmte weg te nemen om de stabiele temperatuur van de server en de normale werking van het datacenter te garanderen.

(4) Niet corrosief voor servermaterialen.

(5) Het is milieuvriendelijk, niet giftig en onschadelijk en gemakkelijk te hanteren.

(6) Hoge economie. Momenteel zijn aromatische stoffen, silicaten en fluorkoolwaterstoffen opgenomen in de onderzoeksscope van het koelmedium van een ondergedompeld faseveranderingskoelsysteem. Minerale olie en gefluoreerde vloeistof zijn het meest gebruikte koelmedium voor direct contact. Minerale olie is goedkoop ､Milieuvriendelijk, niet giftig en onschadelijk, maar ontleedt gemakkelijk en is een brandbare stof, die gevaarlijker is. In vergelijking met minerale olie is de prijs van fluoride iets hoger, maar de eigenschappen zijn stabiel, vlamvertragend en geschikte diëlektrische constante. Het meest populaire koelmedium op dit moment. Xu Yongsheng en anderen gebruikten naaldplaatelektroden om de gebruikelijke extreem ongelijke elektrische veldomgeving te simuleren, en bouwden een detectieplatform voor gedeeltelijke ontlading op basis van een 50 Hz hoogspanningswisselstroom-weerstandsspanningstestsysteem om het effect van kokend koelmiddel op gedeeltelijke ontlading te onderzoeken. de drempelwaarde. De onderzoeksresultaten tonen aan dat het koken van het koudemiddel de isolatiedrempelwaarde van de isolatieomgeving zal verlagen. Mo Shenyang en anderen gebruikten een isolatietestapparaat om een ​​systematisch onderzoek uit te voeren naar de doorslagkenmerken van het FC-72-koelmiddel in vloeibare, gas- en tweefasentoestanden. , De diëlektrische sterkte van FC-72-damp werd verkregen door de stroomfrequentie-spanningsdoorslagtest en de multi-druk diëlektrische sterktetest van de koelmiddeldamp met laag kookpunt werd gerealiseerd. Wu Xilei en anderen simuleerden 4 veelgebruikte gefluoreerde vloeistoffen (FC-72, The influence of Novec649, HFE-7100 en D-1) op het warmtedissipatie-effect van het ondergedompelde koelsysteem met faseverandering. De simulatieresultaten laten zien dat de warmtestroomdichtheid die nodig is voor D-1 kokende warmteoverdracht de kleinste is, maar de maximale warmteafvoercapaciteit ligt dicht bij Novec649, iets lager dan FC-72 en HFE-7100, het kan de bestaande elektronische gefluoreerde vloeibare Novec649 in ondergedompelde faseovergangskoeling. Dong Jinxi en anderen analyseerden op synthetische koolwaterstof gebaseerde koelvloeistof (PAO) en #65 ethyleenglycol door middel van experimenten. de fysieke stabiliteit en niet-geleidbaarheid van PAO zijn hoger dan #65. Nu zijn er minder onderzoeken naar koelmedia en is er behoefte. Verder onderzoek werd uitgevoerd en vond een koelmedium met stabiele fysische eigenschappen en een hoge warmteafvoercapaciteit.

Verdere optimalisatie van de ondergedompelde faseveranderingskoeltechnologie kan de koelefficiëntie verbeteren. De volgende onderzoeksrichtingen zijn als volgt.

(1) Bereid het koelmedium voor met stabiele eigenschappen, bestudeer de invloed van de ongelijke elektrische veldomgeving op de eigenschappen van de koelvloeistof en voer de diëlektrische sterktetest van het koelmedium uit onder hoge veldsterkte.

(2) Gefluoreerde vloeistof heeft een sterke vluchtigheid, onderzoek en ontwikkeling van bijpassende afdichtingsmaterialen voor het koellichaam.

(3) Onderzoek door middel van experimenten de invloed van verschillende factoren op de vorming van bellen in het microkanaal, bestudeer het mechanisme van kokende warmteoverdracht op het oppervlak van de server en stel een meer representatief model voor kokende warmteoverdracht op.

(4) Test de verpakkingspolymeermaterialen van elektronische apparaten om hun levensduur te garanderen, de onderhoudskosten tijdens het gebruik van de server te verlagen en de betrouwbaarheid te verminderen die wordt veroorzaakt door frequent onderhoud.