Progreso de la investigación del enfriamiento por cambio de fase sumergido en el centro de datos
Con la mejora del rendimiento de las computadoras y la integración de equipos informáticos, la densidad del flujo de calor de los centros de datos ha aumentado y los requisitos para los sistemas de disipación de calor también están aumentando. Debido a los puntos calientes y los problemas de alto consumo de energía de la refrigeración por agua y la refrigeración por aire tradicionales, es difícil resolver los problemas emergentes.
Los requisitos de disipación de calor de los dispositivos electrónicos han llevado al desarrollo de la tecnología de enfriamiento por cambio de fase por inmersión. El sistema de refrigeración por cambio de fase sumergido se compone principalmente de una sección de evaporación, una sección de condensación y un sistema de circulación.
El equipo de calefacción se sumerge en un aislante inerte en contacto directo con el agente de disipación de calor.
Este método tiene las ventajas de un buen rendimiento de disipación de calor y un bajo consumo de energía. En la actualidad, la tecnología de enfriamiento por cambio de fase por inmersión está en su infancia. En los próximos años, con el rápido desarrollo de tecnologías como la industria inteligente y la computación en la nube, las nuevas tecnologías de disipación de calor representadas por el enfriamiento por cambio de fase de inmersión seguramente se convertirán en la tecnología de disipación de calor principal para los centros de datos.
Este artículo toma la estructura principal y el principio del sistema de enfriamiento de cambio de fase sumergido como punto de partida, analiza el enfoque actual de la investigación y el estado de desarrollo a partir de la selección de materiales de enfriamiento y el mecanismo de transferencia de calor en ebullición, y las perspectivas de la tecnología de enfriamiento de cambio de fase sumergido. .
Los académicos han realizado muchas investigaciones sobre los métodos de disipación de calor de los centros de datos: la disipación de calor tradicional enfriada por aire se ha optimizado para la organización del flujo de aire, los servidores de disipación de calor enfriados por agua se han instalado con backplanes, tecnología de disipación de calor por tubería de calor, cambio de fase sumergida Se han llevado a cabo refrigeración y recuperación de calor residual.
Investigación sobre una variedad de tecnologías para reducir el consumo de energía. Al mismo tiempo, los grandes fabricantes de servidores nacionales y extranjeros también están explorando activamente métodos eficientes de disipación de calor. China&Sugon Company lanzó una vez un servidor de enfriamiento sumergido, como se muestra en la Figura 2.
Este servidor se puede utilizar en centros de datos. El valor PUE de la sala de ordenadores se reduce a 1,05 y el consumo de energía se reduce en más de un 30% en comparación con el centro de datos tradicional refrigerado por aire. Los beneficios económicos son importantes. El" Kirin" El servidor lanzado por Alibaba no requiere aire acondicionado, ventiladores ni otros accesorios y se puede implementar en cualquier lugar. Ahorra más del 75% de espacio y su alto grado de hermeticidad mantiene los componentes electrónicos alejados del polvo, la humedad y otros factores, y está protegido de interferencias externas. Además de los equipos de disipación de calor, algunas empresas están comprometidas con la investigación y el desarrollo de medios de enfriamiento, desarrollados por 3M en los Estados Unidos. Un refrigerante Novec, que tiene las propiedades aislantes más básicas, tiene un punto de ebullición más bajo que el de los medios de enfriamiento comunes. (como agua pura, líquido fluorado y aceite mineral).
En varias direcciones de investigación, inmersión Debido a sus ventajas, como el alto rendimiento de disipación de calor, el mantenimiento conveniente y el bajo nivel de ruido, la tecnología de enfriamiento por cambio de fase se ha convertido en el foco de la investigación actual.
Selección del medio de enfriamiento El dispositivo del sistema de enfriamiento de cambio de fase sumergido requiere un alto rendimiento de sellado y mayores requisitos para las instalaciones de hardware; Al mismo tiempo, la elección del medio refrigerante es también la clave de la tecnología de refrigeración por cambio de fase sumergida. El medio de enfriamiento calificado debe tener las siguientes características.
(1) Tiene un alto calor latente de vaporización, es decir, la misma cantidad de calor disipado usa menos medio de enfriamiento, lo que puede mejorar la eficiencia de disipación de calor al tiempo que reduce el consumo de energía adicional de bombas, torres de enfriamiento y otros equipos.
(2) Satisface los requisitos de aislamiento en su estado líquido, gaseoso y mixto gas-líquido.
(3) Debe tener un punto de ebullición bajo. Cuando la temperatura del servidor no es muy alta, el refrigerante también puede sufrir un cambio de fase estable para quitar el calor y asegurar la temperatura estable del servidor y el funcionamiento normal del centro de datos.
(4) No corrosivo para los materiales del servidor.
(5) Es ecológico, no tóxico e inofensivo y fácil de manejar.
(6) Alta economía. En la actualidad, las sustancias aromáticas, los silicatos y los fluorocarbonos están incluidos en el ámbito de investigación del medio refrigerante del sistema de refrigeración por cambio de fase sumergido. El aceite mineral y el líquido fluorado son el medio de enfriamiento de contacto directo más utilizado. El aceite mineral es barato ､ Ecológico, no tóxico e inofensivo, pero se descompone fácilmente y es una sustancia combustible, que es más peligrosa. En comparación con el aceite mineral, el precio del fluoruro es ligeramente más alto, pero sus propiedades son estables, retardantes de llama y constante dieléctrica adecuada. El medio de enfriamiento más popular en la actualidad. Xu Yongsheng y otros utilizaron electrodos de placa de agujas para simular el entorno de campo eléctrico extremadamente desigual común, y construyeron una plataforma de detección de descargas parciales basada en un sistema de prueba de voltaje de resistencia de CA de alto voltaje de 50Hz para explorar el efecto de la ebullición del refrigerante en la descarga parcial La influencia de el valor umbral. Los resultados de la investigación muestran que la ebullición del refrigerante reducirá el valor umbral de aislamiento del entorno de aislamiento. Mo Shenyang y otros utilizaron un dispositivo de prueba de aislamiento para realizar un estudio sistemático sobre las características de descomposición del refrigerante FC-72 en estados líquido, gaseoso y de dos fases. , La rigidez dieléctrica del vapor FC-72 se obtuvo mediante la prueba de ruptura de voltaje a frecuencia industrial y se realizó la prueba de rigidez dieléctrica de presión múltiple del vapor refrigerante de bajo punto de ebullición. Wu Xilei y otros simularon 4 líquidos fluorados de uso común (FC-72, La influencia de Novec649, HFE-7100 y D-1) en el efecto de disipación de calor del sistema de enfriamiento de cambio de fase sumergido. Los resultados de la simulación muestran que la densidad de flujo de calor requerida para la transferencia de calor en ebullición D-1 es la más pequeña, pero su capacidad máxima de disipación de calor es cercana a Novec649, ligeramente más baja que FC-72 y HFE-7100, puede reemplazar el fluorado electrónico existente Novec649 líquido en refrigeración por cambio de fase sumergida. Dong Jinxi y otros analizaron refrigerante sintético a base de hidrocarburos (PAO) y etilenglicol n. ° 65 a través de experimentos.Las propiedades físicas y termodinámicas de un refrigerante similar (en lo sucesivo denominado n. ° 65), el n. ° 65 tiene una mayor capacidad de disipación de calor que el PAO, pero la estabilidad física y la no conductividad de PAO son superiores a # 65. Ahora hay menos investigaciones sobre medios de enfriamiento y es necesario realizar más investigaciones y se encontró un medio de enfriamiento con propiedades físicas estables y alta capacidad de disipación de calor.
Una mayor optimización de la tecnología de enfriamiento por cambio de fase sumergida puede mejorar su eficiencia de enfriamiento. Las siguientes direcciones de investigación son las siguientes.
(1) Prepare el medio de enfriamiento con propiedades estables, estudie la influencia del entorno de campo eléctrico desigual en las propiedades del líquido de enfriamiento y realice la prueba de rigidez dieléctrica del medio de enfriamiento con una intensidad de campo alta.
(2) El líquido fluorado tiene una fuerte volatilidad, investigación y desarrollo de materiales de sellado de disipadores de calor a juego.
(3) A través de experimentos, explore más a fondo la influencia de diferentes factores en la formación de burbujas en el microcanal, estudie el mecanismo de transferencia de calor en ebullición en la superficie del servidor y establezca un modelo de transferencia de calor en ebullición más representativo.
(4) Pruebe en el tiempo los materiales poliméricos de embalaje de los dispositivos electrónicos para garantizar su vida útil, reducir el costo de mantenimiento durante el uso del servidor y disminuir la confiabilidad causada por el mantenimiento frecuente.
