Forskningsframsteg för nedsänkt fasförändringskylning i datacenter
Med förbättringen av datorprestanda och integrationen av datorutrustning har värmeflödestätheten i datacenter ökat, och kraven på värmeavledningssystem ökar också. På grund av hot spots och problem med hög energiförbrukning med traditionell vattenkylning och luftkylning är det svårt att möta nya problem
Värmeavledningskraven för elektroniska enheter har lett till utvecklingen av nedsänkt fasförändringskylningsteknik. Det nedsänkta fasförändringskylsystemet består huvudsakligen av en förångningssektion, en kondensationssektion och ett cirkulationssystem.
Värmeutrustningen är nedsänkt i en isolerande inert Direktkontakt med medlet för värmeavledning.
Denna metod har fördelarna med god värmeavledningsprestanda och låg energiförbrukning. För närvarande är kyltekniken för nedsänkningsfasförändring i sin linda. Under de närmaste åren, med den snabba utvecklingen av teknologier som smart industri och molnberäkning, kommer nya värmeavledningstekniker representerade av nedsänkningsfasbyteskylning säkerligen att bli den vanliga värmeavledningstekniken för datacenter.
Den här artikeln tar utgångspunkten i huvudstrukturen och principen för kylsystemet med nedsänkt fasförändring, analyserar det aktuella forskningsfokuset och utvecklingsstatusen från valet av kylmaterial och den kokande värmeöverföringsmekanismen, och utsikterna för kyltekniken för nedsänkt fasförändring. .
Forskare har utfört mycket forskning om värmeavledningsmetoderna i datacenter: traditionell luftkyld värmeavledning har optimerats för luftflödesorganisation, vattenkylda värmeavledningsservrar har installerats med bakplan, värmeledningsteknik för värmeavledning, undervattensfasförändring kylning och spillvärmeåtervinning har genomförts.
Forskning om en mängd olika tekniker för att minska energiförbrukningen. Samtidigt undersöker även stora servertillverkare hemma och utomlands aktivt effektiva värmeavledningsmetoder. Kina's Sugon Company lanserade en gång en nedsänkt kylserver, som visas i figur 2.
Denna server kan användas i datacenter. PUE-värdet för datorrummet sänks till 1,05 och energiförbrukningen minskar med mer än 30 % jämfört med det traditionella luftkylda datacentret. De ekonomiska fördelarna är betydande."Kirin" server som lanserats av Alibaba kräver ingen luftkonditionering, fläktar och andra tillbehör och kan distribueras var som helst. Den sparar mer än 75 % av utrymmet, och dess höga grad av lufttäthet håller elektroniska komponenter borta från damm, fukt och andra faktorer och är skyddad från yttre störningar. Förutom värmeavledningsutrustning är vissa företag engagerade i forskning och utveckling av kylmedier, utvecklade av 3M i USA. En Novec-kylvätska, som har de mest grundläggande isoleringsegenskaperna, har en kokpunkt lägre än den för vanliga kylmedier (såsom rent vatten, fluorerad vätska och mineralolja).
I olika forskningsriktningar, nedsänkning På grund av dess fördelar som hög värmeavledningsprestanda, bekvämt underhåll och lågt brus, har fasförändringskylningstekniken blivit fokus för aktuell forskning.
Val av kylmedium Den nedsänkta fasväxlingsanordningen för kylsystem kräver hög tätningsprestanda och högre krav på hårdvaruanläggningar; samtidigt är valet av kylmedium också nyckeln till den nedsänkta fasväxlingstekniken. Kvalificerat kylmedium bör ha följande egenskaper.
(1) Den har högt latent förångningsvärme, det vill säga samma mängd värmeavledning använder mindre kylmedium, vilket kan förbättra värmeavledningseffektiviteten samtidigt som den extra energiförbrukningen för pumpar, kyltorn och annan utrustning minskar.
(2) Den uppfyller isoleringskraven i sitt flytande, gasformiga och gas-vätskeblandade tillstånd.
(3) Det bör ha en låg kokpunkt. När temperaturen på servern inte är särskilt hög kan kylvätskan även genomgå en stabil fasförändring för att ta bort värmen för att säkerställa serverns stabila temperatur och normal drift av datacentret.
(4) Icke-frätande för servermaterial.
(5) Det är miljövänligt, giftfritt och ofarligt och lätt att hantera.
(6) Hög ekonomi. För närvarande ingår aromatiska ämnen, silikater och fluorkolväten i forskningsområdet för kylmediet i nedsänkt fasförändringskylsystem. Mineralolja och fluorerad vätska är det mest använda kylmediet för direktkontakt. Mineralolja är billig ､Miljövänlig, giftfri och ofarlig, men bryts lätt ned och är ett brännbart ämne, vilket är farligare. Jämfört med mineralolja är priset på fluor något högre, men dess egenskaper är stabila, flamskyddade och lämplig dielektricitetskonstant. Det mest populära kylmediet för närvarande. Xu Yongsheng och andra använde nålplatta elektroder för att simulera den vanliga extremt ojämna elektriska fältmiljön, och byggde en plattform för detektering av partiell urladdning baserad på ett 50Hz högspännings AC motstå spänningstestsystem för att undersöka effekten av att köldmediet kokar på partiell urladdning. tröskelvärdet. Forskningsresultaten visar att kokningen av köldmediet kommer att minska isoleringströskelvärdet för isoleringsmiljön. Mo Shenyang och andra använde en isoleringstestanordning för att genomföra en systematisk studie av nedbrytningsegenskaperna hos FC-72-köldmediet i vätska, gas och tvåfas. , Den dielektriska hållfastheten hos FC-72-ångan erhölls genom kraftfrekvensspänningsnedbrytningstestet, och testet av dielektrisk hållfasthet med flera tryck av kylmedelsångan med låg kokpunkt realiserades. Wu Xilei och andra simulerade fyra vanliga fluorerade vätskor (FC-72, The influence of Novec649, HFE-7100 and D-1) på värmeavledningseffekten av det nedsänkta fasförändringskylsystemet. Simuleringsresultaten visar att värmeflödestätheten som krävs för D-1 kokande värmeöverföring är den minsta, men dess maximala värmeavledningskapacitet är nära Novec649, något lägre än FC-72 och HFE-7100, den kan ersätta den befintliga elektroniska fluorerade flytande Novec649 i nedsänkt fasförändringskylning. Dong Jinxi och andra analyserade syntetiskt kolvätebaserat kylmedel (PAO) och #65 etylenglykol genom experiment De fysikaliska och termodynamiska egenskaperna hos liknande kylvätska (hädanefter kallad #65), #65 har en högre värmeavledningskapacitet än PAO, men den fysiska stabiliteten och icke-konduktiviteten för PAO är högre än #65. Nu finns det färre forskningar kring kylmedier och behov. Ytterligare forskning genomfördes och fann ett kylmedium med stabila fysikaliska egenskaper och hög värmeavledningsförmåga.
Ytterligare optimering av kyltekniken för nedsänkt fasförändring kan förbättra dess kylningseffektivitet. Följande forskningsriktningar är följande.
(1) Förbered kylmediet med stabila egenskaper, studera inverkan av den ojämna elektriska fältmiljön på egenskaperna hos kylvätskan och utför det dielektriska hållfasthetstestet av kylmediet under hög fältstyrka.
(2) Fluorerad vätska har stark flyktighet, forskning och utveckling av matchande kylflänsförseglingsmaterial.
(3) Undersök ytterligare genom experiment påverkan av olika faktorer på bildandet av bubblor i mikrokanalen, studera mekanismen för kokande värmeöverföring på ytan av servern och etablera en mer representativ kokande värmeöverföringsmodell.
(4) Tidstesta förpackningspolymermaterialen för elektroniska enheter för att säkerställa deras livslängd, minska underhållskostnaderna under användningen av servern och minska tillförlitligheten som orsakas av frekvent underhåll.
