CN102012951A - 热流体模拟分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热流体模拟分析装置，该装置包括：执行单元，使用分析条件生成分析模型，以基于所生成的分析模型进行第一热流体模拟分析；分析条件收集单元，在所述第一热流体模拟分析后过去了预定时间段之后，收集分析条件；条件提取单元，从所述分析条件收集单元收集的分析条件中提取边界条件；以及再执行单元，从所述执行单元生成的分析模型的区域中选择与所述条件提取单元提取的所述边界条件相对应的区域，利用所述边界条件更新所选择的区域，并对所更新的分析模型进行第二热流体模拟分析。

Description

热流体模拟分析装置

技术领域

这里讨论的实施例涉及热流体模拟分析装置。

背景技术

在信息技术(IT)设备(例如计算机、服务器和路由器)容置于机架设备中的数据中心中，使用空调排出热空气并引入冷却空气，从而冷却IT设备。

近年来，由于IT设备紧凑地排列在机架设备中，并且数据中心的消耗功率增加，所以数据中心的温度趋于变高。因此，有时IT设备得不到充分冷却，这带来了问题。当检查数据中心中的温度分布时，知道IT设备和机架设备在不同的安装环境下排列在不同位置，IT设备中的中央处理器(CPU)生成的热量是变化的，机架设备生成的热量也是变化的。因此，一些IT设备得不到冷却，却被加热到超过容许温度。此外，数据中心中温度的这种升高可能导致供应冷却空气的空调失灵；例如，可能发生空调的异常操作或异常停止。

为了预测这种异常情况的发生，使用了传感器或类似设备(参见例如日本特开专利公布No.2008-034715和日本特开专利公布No.08-095672)。然而，这种使用传感器或类似设备的预测技术需要很长时间来纠正问题。这是因为这种使用传感器的预测技术是基于有限测量点处的测量来预测可能引起问题的异常现象，并识别和分析引起异常情况的因素，然后充分利用各种类型的热能技术和分析技术来制定解决问题的对策。

鉴于此缺点，使用与上述利用传感器的预测技术不同的利用热流体模拟的技术来预测异常现象。具体地，当温度传感器、气流传感器或类似设备在数据中心检测到异常温度、异常气流、或类似情况时，采取各种动作：例如，分析诸如温度数据之类的测量数据来识别问题；基于模拟评估状况；并采取对策。

例如，进行热流体模拟的模拟器执行一系列处理以基于热流体模拟评估状况：例如，模拟器执行一系列处理来收集分析条件、制定分析模型、生成网格、运行计算和分析结果。

下面详细描述每个处理。首先，模拟器收集分析条件，这些条件包括：地面信息，关于机架设备、格栅和空调的排列的信息，机架生成的热量，机架废气量，格栅孔径比，空调的冷却性能，以及空调的流量。模拟器例如从由管理员创建、并包含关于数据中心内部设备排列的信息的数据库中得到分析条件。然后，模拟器执行模型成形、热生成条件设置以及气流设置，以生成分析模型。

之后，模拟器通过将数据中心中的气流和热传递的守恒方程(如Navier-Stokes方程)变换到有限体积中而将分析模型划分为多个网格。如果要分析的空间很大或者如果需要高度精确的模拟，则增加网格的数目，并且增加计算的次数。

之后，模拟器执行耦合，使得守恒方程(如Navier-Stokes方程)的一个参数依赖于另一个参数或邻近值，然后重复执行有限迭代计算，直到守恒方程的误差降到允许的程度为止，从而使得解收敛，由此求解该守恒方程。更具体地，模拟器使用众所周知的分割法(splitting method)来使得Navier-Stokes方程的解收敛，该分割法例如是求解压力耦合方程的半隐式法(SIMPLE)算法。

例如，在设置守恒方程中的缺省值后，模拟器使用守恒方程计算网格划分空间的x轴上的流速和y轴上的流速。然后，模拟器计算网格划分空间中的压力、更新用于守恒方程的流速和密度、并且例如使用另一方程(如热方程)计算温度。模拟器确定阈值和根据计算出的流速和计算出的温度确定的边界值之间的误差是否在允许范围内，即，对于边界值是否得到收敛解(converged solution)。如果对于边界值得到收敛解，则模拟器结束模拟。如果对于边界值没有得到收敛解，则模拟器重复以上模拟直到对于边界值得到收敛解为止。模拟结束之后，管理员等使用模拟结果评估当前状况。

然而，在上述传统技术中，用于分析数据中心中空调状态而进行的模拟需要相当长的时间；因此，不能快速分析状况。当数据中心中发生问题时，只能在执行上述一系列处理之后来分析和评估状况。然后，需要相当长的时间来分析状况以及针对问题采取对策。

例如，假设传统的模拟器在守恒方程的误差降到允许的程度之前需要重复约200次有限迭代计算，如图15所示。在这种情况下，当数据中心中发生温度问题时，如先前描述的那样，传统的模拟器在收集分析条件和生成分析模型之后初始化以前计算出的结果。此后，传统的模拟器执行约200次计算来创建用于分析状况的信息。因此，管理员等需要很长时间来分析状况，并且需要更长时间来针对问题采取对策。

因此，本发明实施例一方面的目的是提供一种热流体模拟分析装置，缩短了执行热流体模拟以分析空调状态所需的时间，因此能够快速分析状况。

发明内容

根据本发明实施例的一方面，热流体模拟分析装置包括：执行单元，使用分析条件生成分析模型，并基于所生成的分析模型进行第一热流体模拟分析，所述分析条件是热流体模拟分析中用来模拟预定空间中的空调状态的条件；分析条件收集单元，在所述执行单元进行的所述第一热流体模拟分析后过去了预定时间段时，收集分析条件；条件提取单元，从在进行所述第一热流体模拟分析后过去了预定时间段时所述分析条件收集单元收集的分析条件中提取边界条件，所述边界条件是相对于用于所述第一热流体模拟分析的对应分析条件已改变的分析条件；以及再执行单元，从所述执行单元生成的分析模型的区域中选择与所述条件提取单元提取的所述边界条件相对应的区域，利用所述边界条件更新所选择的区域，并对所更新的分析模型进行第二热流体模拟分析。

附图说明

图1是根据第一实施例的热流体模拟分析装置的配置的框图；

图2是在分析条件DB中存储的条目表的实例；

图3是机架设备(rack device)实例的侧视图，该机架设备附有温度传感器和气流传感器；

图4是数据中心内部的示例性平面图；

图5是使用有限体积法被划分为网格的数据中心的示意图；

图6是示出作为模拟对象的重定义区域的示意图；

图7是根据第一实施例的热流体模拟分析装置执行的处理的流程图；

图8是通过仅重定义边界条件而重新进行模拟时的收敛曲线实例的曲线图；

图9是根据第二实施例的热流体模拟分析装置执行的处理的流程图；

图10是包含警报类型和要重定义的条目的关联表的实例；

图11是根据第三实施例的热流体模拟分析装置执行的处理的流程图；

图12是根据第四实施例的热流体模拟分析装置执行的处理的流程图；

图13是用于将模拟结果与实际测量值进行比较的坐标图；

图14是运行热流体模拟分析程序的计算机系统的实例的框图；及

图15是当进行传统热流体模拟分析时收敛曲线实例的曲线图。

具体实施方式

下面将参照附图解释本发明的优选实施例。应注意本发明不限于优选实施例。

[a]第一实施例

下面参照附图详细描述根据本发明的热流体模拟分析装置的实施例。下面的部分描述根据第一实施例的热流体模拟分析装置的配置、由热流体模拟分析装置执行的处理以及第一实施例的效果。

本申请中公开的热流体模拟分析装置通过模拟预定空间的空调状态(例如数据中心的空调状态)来进行热流体模拟分析。热流体模拟分析装置还能用于除了数据中心内部以外的需要温度调节和气流调节的任何空间，例如电影院和农业设施。

数据中心包括容置信息技术(IT)设备的机架设备、吸入IT设备的废气并向例如地板下空间(underfloor space)提供冷却空气的空调、以及使冷却空气从地板下空间流通到地板平面(floor level)以上空间的格栅。IT设备吸入空调提供的冷却空气、冷却它们的内部电子器件等、并将热空气排放到室内空间。因此，数据中心内的温度保持在较低程度以冷却IT设备。

热流体模拟分析装置的配置

下面参照图1描述根据第一实施例的热流体模拟分析装置的配置。图1是根据第一实施例的热流体模拟分析装置的配置的框图。

如图1所示，热流体模拟分析装置10是包括通信控制I/F单元11、输入单元12、显示单元13、存储单元15和控制单元20的计算机设备。

通信控制I/F单元11具有多个端口并控制发送到外部设备或从外部设备接收的信息。例如，通信控制I/F单元11连接到例如管理员设备的计算机，该管理员设备接收热流体模拟分析装置10给出的模拟结果(分析结果)，并根据模拟结果考虑对策。通信控制I/F单元11将模拟结果发送到管理员设备。

输入单元12接收信息块(pieces of information)，并例如是键盘、鼠标或麦克风。输入单元12接收例如模拟开始指令和模拟结束指令，并将所接收的指令发送到稍后描述的控制单元20。稍后描述的显示单元13协同鼠标实现定位设备(pointing device)的功能。

显示单元13输出各种信息块，并例如是监视器、显示器、触摸板或扬声器。显示单元13显示/输出例如由热流体模拟分析装置10得到的模拟结果等。

存储单元15例如是诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和闪存之类的半导体存储器，或诸如硬盘和光盘之类的存储设备。存储单元15内存储用于由控制单元20执行的处理的数据和程序。存储单元15包括分析条件DB 15a和分析结果DB 15b。

分析条件DB 15a是如上所示的存储设备，其中存储分析条件。存储的分析条件在稍后描述的执行单元20a生成分析模型时使用。如图2所示，分析条件DB 15a内存储地板信息(外部形状和高度)、排列信息(机架、格栅和空调)、机架生成的热量、机架废气量、格栅信息(格栅孔径比(aperture ratio))、空调的冷却性能、空调的流量等，作为分析条件的条目。图2是分析条件DB中存储的条目表的实例。

一些条目由数据中心管理员或负责IT设备维护的人员预存储，这些条目包括地板信息(外部形状和高度)、排列信息(机架、格栅和空调)、格栅信息(格栅孔径比)、空调的冷却性能、空调的流量等。此外，尽管能预存储机架生成的热量和机架废气量，但还是能够设置连附于机架设备等的温度传感器和气流传感器，并在模拟开始时得到它们的实际测量值。

如图3所示，温度传感器可连附于机架设备的进气侧，气流传感器可连附于机架设备的出气侧。进气侧是向机架设备中的IT设备提供冷却空气的一侧。出气侧是排放废气的一侧。利用此配置，得到包括向IT设备提供的冷却空气的温度和从IT设备排放的废气量的数据。图3是包括温度传感器和气流传感器的机架设备的实例的侧视图。

分析结果DB 15b是如上所示的存储设备，其中存储控制单元20给出的模拟结果。例如，分析结果DB 15b内存储与进行模拟的日期和时间以及模拟的分析条件相关联的模拟结果。

控制单元20例如是诸如专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)之类的集成电路、或者诸如中央处理器(CPU)或微处理器(MPU)之类的电子电路。控制单元20包括其中存储诸如操作系统(OS)之类的控制程序、定义处理流程的计算机程序、以及数据的内部存储器。此外，控制单元20还包括执行单元20a、分析条件收集单元20b、条件提取单元20c和再执行单元20d，并使用这些单元执行各种处理。

执行单元20a使用分析条件生成分析模型，并对生成的分析模型进行热流体模拟分析。分析条件是在热流体模拟分析期间模拟预定空间的空调状态的条件。

更具体地，执行单元20a从分析条件DB 15a得到用于如图4所示排列有空调、格栅和机架设备的数据中心的分析条件。例如，执行单元20a收集的分析条件包括有：地板信息，关于机架设备、格栅和空调的排列的信息，机架生成的热量，机架废气量，格栅孔径比，空调的冷却性能，空调的流量等。图4是数据中心内部的示例性平面图。

之后，执行单元20a使用收集的分析条件定义(设置)数据中心的形状、机架设备的热生成条件、单个IT设备的进气/出气量、机架设备的总进气/出气量、数据中心的总气流量等，从而生成分析模型。然后，执行单元20a通过把数据中心内的气流和热传递的守恒方程(如Navier-Stokes方程)变换到有限体积中，来将分析模型划分为如图5所示的网格。使用典型的有限体积法执行网格划分，省略了它的详细描述。图5是使用有限体积法被划分为网格的数据中心的示意图。

之后，执行单元20a执行耦合(coupling)，使得守恒方程(例如Navier-Stokes方程)的一个参数依赖于另一个参数或邻近值，然后重复执行有限迭代计算直到守恒方程的误差降到允许的程度为止，从而使得解收敛，从而求解该守恒方程。更特别地，执行单元20a使用众所周知的分割法来使得Navier-Stokes方程的解收敛，分割法例如是SIMPLE算法。

例如，在设置守恒方程中的缺省值之后，执行单元20a使用守恒方程计算网格划分空间的x轴上的流速和y轴上的流速。然后，执行单元20a计算网格划分空间中的压力、更新用于守恒方程的流速和密度、并使用另一方程(如热方程)计算温度。执行单元20a确定阈值和根据计算出的流速和计算出的温度确定的边界值之间的误差是否在允许范围内，即，对于边界值是否得到收敛解。如果对于边界值得到收敛解，则执行单元20a结束模拟。如果对于边界值没有得到收敛解，则执行单元20a重复以上模拟直到对于边界值得到收敛解为止。模拟结束之后，管理员等使用模拟结果分析状况。

更特别地，执行单元20a使用Navier-Stokes方程，其包括方程(1)表示的质量守恒方程、方程(2)和(3)表示的动量守恒方程、以及方程(4)表示的能量守恒方程。使用SIMPLE算法求解Navier-Stokes方程的方式众所周知；因此，简略地描述该方式。应注意这里描述的分析方法和方程仅仅是实例，可以使用任何其它方法或方程。

$\underset{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{cv}}}{\∫}\frac{\∂\mathrm{\ρ}}{\∂t}\mathrm{d\Ω}=-\underset{A_{\mathrm{cv}}}{\∫}\mathrm{\ρ}\stackrel{\→}{V}\·\stackrel{\→}{n}\mathrm{dA}---\left(1\right)$

$\underset{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{cv}}}{\∫}\frac{{\∂\mathrm{\ρu}}_i}{\∂t}\mathrm{d\Ω}=-\underset{A_{\mathrm{cv}}}{\∫}{\mathrm{\ρu}}_i\stackrel{\→}{V}\·\stackrel{\→}{n}\mathrm{dA}+\underset{A_{\mathrm{cv}}}{\∫}\mathrm{\μ}\left({\mathrm{grad}u}_i\right)\·\stackrel{\→}{n}\mathrm{dA}+S^{u_i}---\left(2\right)$

$S^{u_i}=-\underset{A_{\mathrm{cv}}}{\∫}p{\stackrel{\→}{i}}_i\·\stackrel{\→}{n}\mathrm{dA}-\underset{A_{\mathrm{cv}}}{\∫}\frac{2}{3}\mathrm{\μ}\left(\mathrm{div}\stackrel{\→}{V}\right){\stackrel{\→}{i}}_i\·\stackrel{\→}{n}\mathrm{dA}+\underset{A_{\mathrm{cv}}}{\∫}\mathrm{\μ}\mathrm{grad}\stackrel{\→}{V}\·{\stackrel{\→}{i}}_i\·\stackrel{\→}{n}\mathrm{dA}+\underset{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{cv}}}{\∫}\mathrm{\ρ}\stackrel{\→}{g}\mathrm{d\Ω}---\left(3\right)$

$\underset{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{cv}}}{\∫}\frac{\∂\mathrm{\ρE}}{\∂t}\mathrm{d\Ω}=-\underset{A_{\mathrm{cv}}}{\∫}\mathrm{\ρE}\stackrel{\→}{V}\·\stackrel{\→}{n}\mathrm{dA}+\underset{A_{\mathrm{cv}}}{\∫}k\left(\mathrm{grad}T\right)\·\stackrel{\→}{n}\mathrm{dA}-\underset{A_{\mathrm{cv}}}{\∫}p\stackrel{\→}{V}\·\stackrel{\→}{n}\mathrm{dA}---\left(4\right)$

下面描述以上方程的参数。首先，“Ω”是数据中心空间中的封闭区域(closed region)或封闭区域的体积；“A”是区域Ω邻近外部的边界面或边界面的面积。“n”是单位向量；“u_i”(i＝1，2或3)是笛卡尔坐标系的流速分量。“ρ”是数据中心中每单位面积的流体质量；“μ”是粘度系数，即切应力和速度梯度之间的比值；“p”是数据中心上的压力值。“E”是数据中心中能量的量；“T”是温度。“k”是指示热通量和热梯度之间比值的热导率(傅立叶定律)。“S”是指示数据中心中、即网格中的压力的源项(source term)(压力项)。

下面描述处理的简化流程。执行单元20a使用方程(2)和(3)表示的动量守恒方程来计算划分为网格的数据中心的x轴、y轴和z轴的每个轴上的“流速V”。更特别地，执行单元20a在方程(2)和(3)中代入已知压力p，从而计算流速V的预测值。

之后，执行单元20a使用方程(1)表示的质量守恒方程和方程(2)表示的动量守恒方程，来创建要被压力的校正量和流速的校正量都满足的方程。然后，执行单元20a依赖于压力的校正量表达流速的校正量，仅利用未知的压力的校正量计算压力方程，更新压力和流速，并计算同时满足动量守恒方程和质量守恒方程的压力(压力场)和流速(流速场)。换句话说，执行单元20a计算压力的校正值和流速的校正值，并更新使用已知压力p预测的流速V。

此后，执行单元20a使用方程(5)和(6)表示的质量守恒方程、牛顿第二运动定律、热力学定律等计算能量E。执行单元20a使用计算出的能量E和方程(4)计算温度T：

质量m＝密度ρ×体积V                          (5)

质量m＝ρ×流速u×面积A×时间                 (6)

之后，执行单元20a确定阈值和根据计算出的流速和计算出的温度确定的边界值之间的误差是否在允许范围内，即，对于边界值是否得到收敛解。如果对于边界值得到收敛解，执行单元20a结束模拟。如果对于边界值没有得到收敛解，执行单元20a重复以上模拟直到对于边界值得到收敛解为止。利用这种配置，执行单元20a能计算例如指示进行模拟后数据中心中的温度如何变化的模拟结果。执行单元20a在显示单元13上显示计算出的模拟结果/向显示单元13输出计算出的模拟结果，并将计算出的模拟结果存储在分析结果DB 15b中。

返回来参考图1，在执行单元20a进行了热流体模拟分析之后的预定时间段(predetermined period)，分析条件收集单元20b在该时间点收集分析条件。例如，进行热流体模拟分析后一小时，分析条件收集单元20b在该时间点收集分析条件，其包括地板信息、排列信息、机架生成的热量、机架废气量、格栅孔径比、空调的冷却性能、空调的流量等。更特别地，分析条件收集单元20b以与执行单元20a收集的方式相同的方式，收集例如由数据中心管理员或负责IT设备维护的人员预存储的信息、以及温度传感器和气流传感器测量的实际值。该时间段可由管理员等适当设置。然后，分析条件收集单元20b将收集的分析条件输出到条件提取单元20c。

条件提取单元20c从在进行了热流体模拟分析后的预定时间段之后分析条件收集单元20b收集的分析条件中提取边界条件。边界条件是相对于用于由执行单元20a进行的模拟的对应条件已改变的条件。例如，条件提取单元20c将分析条件收集单元20b收集的分析条件与用于执行单元20a进行的热流体模拟分析的分析条件进行比较，并提取差异条件(different condition)作为边界条件。然后，条件提取单元20c将提取的边界条件输出到再执行单元20d。例如，如果条件提取单元20c通过比较确定“机架生成的热量”和“机架废气量”已更新，则条件提取单元20c将使用传感器等测量的“机架生成的热量”和“机架废气量”的实际值输出到再执行单元20d。

再执行单元20d从执行单元20a生成的分析模型的区域中选择与条件提取单元20c提取的边界条件相对应的区域，利用边界条件更新选择的区域，并对更新的分析模型进行热流体模拟分析。更特别地，当由条件提取单元20c提取边界条件时，再执行单元20d从执行单元20a生成的分析模型的区域中选择由所述边界条件定义的区域。然后，再执行单元20d在执行单元20a生成的分析模型上重定义选择的区域，即，利用条件提取单元20c提取的边界条件更新选择的区域。之后，再执行单元20d对利用边界条件更新的分析模型进行热流体模拟分析。

利用这种配置，在执行处理期间，例如在以上实例中，在进行最后的模拟(the last simulation)后一小时，再执行单元20d不需要通过收集分析条件生成新的分析模型和执行网格划分。如图6所示，再执行单元20d仅利用与以前的分析条件不同的一些分析条件更新现有分析模型(在以上实例中是一小时前生成的分析模型)以及它的网格，并对更新的分析模型和更新的网格进行热流体模拟分析。图6示出将被模拟的重定义区域的示意图。

利用这种配置，再执行单元20d能计算例如指示进行模拟后数据中心中的温度如何变化的模拟结果。再执行单元20d在显示单元13上显示计算出的模拟结果/向显示单元13输出计算出的模拟结果，并将计算出的模拟结果存储在分析结果DB 15b中。

在以上实例中，再执行单元20d通过仅更新被确定为与一小时前的对应分析条件不同的分析条件的“机架生成的热量”和“机架废气量”来重定义分析模型，并对更新的分析模型进行热流体模拟分析。换句话说，再执行单元20d将一小时前的分析条件的“机架生成的热量”的值和“机架废气量”的值分别改变为进行模拟之后一小时新收集的“机架生成的热量”的值和“机架废气量”的值。利用这些更新，一小时前生成的现有分析模型以及网格区域的“机架生成的热量”的值和“机架废气量”的值也得到更新。再执行单元20d对更新的分析模型进行热流体模拟分析。

热流体模拟分析装置执行的处理流程

下面参照图7描述根据第一实施例的热流体模拟分析装置执行的处理。图7是根据第一实施例的热流体模拟分析装置执行的处理的流程图。

如图7所示，当输入单元12等接收到模拟开始指令时(在步骤S101为“是”)，执行单元20a收集分析条件(步骤S102)。

此外，执行单元20a通过定义收集的分析条件而生成分析模型(步骤S103)。并且，执行单元20a通过将生成的分析模型中的气流和热传递的守恒方程(如Navier-Stokes方程)变换到有限体积中，来将生成的分析模型划分为网格(步骤S104)。

之后，执行单元20a进行包括利用守恒方程(如Navier-Stokes方程)执行耦合，然后重复执行有限迭代计算直到守恒方程的误差降到允许的程度为止的热流模拟，从而使得解收敛并由此求解该守恒方程(步骤S105)。然后，执行单元20a在显示单元13上显示模拟结果/向显示单元13输出模拟结果，并将模拟结果存储在分析结果DB 15b中(步骤S106)。

当在执行单元20a进行的热流体模拟分析之后已经过去预定时间段时(步骤S107为“是”)，分析条件收集单元20b在此时间点收集分析条件(步骤S108)。

之后，条件提取单元20c从在进行了热流体模拟分析后的预定时间段之后分析条件收集单元20b收集的分析条件中提取边界条件(步骤S109)。再执行单元20d从执行单元20a生成的分析模型的区域中选择与条件提取单元20c提取的边界条件相对应的区域，并利用边界条件更新选择的区域(步骤S110)。再执行单元20d对仅利用边界条件更新的分析模型进行热流体模拟分析(步骤S111)。重复步骤S106以及随后步骤的处理直到输入单元12等接收到设备结束指令或模拟结束指令为止。

第一实施例的效果

如上所述，在第一实施例中，由于在新的热流体模拟开始时以前的条件可得到，所以能够对更新的分析模型进行新的热流体模拟，其中更新的分析模型是通过仅重定义已相对于对应的以前条件改变的一些条件而生成的。因此，例如，使用热流体模拟模拟数据中心中的空调状态花费较短时间，使得能够快速分析当前状况。

例如，当使用本申请公开的热流体模拟分析装置时，缺省计算的迭代次数，也就是使用缺省值的热流体模拟的次数约为200，如图8所示。因为是对更新的分析模型进行分析，而更新的分析模型是通过仅重定义已相对于对应的以前条件改变的一些条件而生成的，因此后续计算的迭代次数降到约50。传统的模拟器对于后续的计算重复与对于缺省计算重复的迭代次数相同的迭代次数(本实例中约是200次)；因此，一次模拟需要相当长时间。相比之下，本申请公开的热流体模拟分析装置分析更新的分析模型，其中更新的分析模型是在缺省计算后续的计算期间、通过仅重定义已相对于对应的以前条件改变的一些条件而生成的，即，对于更新的条件进行热流体模拟，显著降低了计算的迭代次数。因此，使用热流体模拟来模拟数据中心中的空调状态花费较短时间，使得能够快速分析状况。图8是当通过仅重定义边界条件来重新进行模拟时收敛曲线实例的曲线图。

[b]第二实施例

尽管在第一实施例中，描述了在已进行缺省模拟后的预定时间段之后重新进行模拟的实例，然而配置并不限于此。其能配置为在例如由于数据中心中的温度升到阈值或更高、或者由于附于机架设备的温度传感器或气流传感器检测到异常温度或异常气流而生成警报时，重新进行模拟。

下面参照图9和图10根据第二实施例描述在数据中心中生成警报时重新进行模拟的处理流程。图9是由根据第二实施例的热流体模拟分析装置执行的处理的流程图；图10是包含警报类型和要重定义的条目的关联表的实例。

图9示出的步骤S201到S211的处理与第一实施例描述的步骤S101到S111的处理相同；因此，不重复同样的描述。将仅描述步骤S212到S214的处理，因为它们与第一实施例的处理不同。

更特别地，在进行热流体模拟分析之后但是在预定时间段过去之前(步骤S207为“否”)，热流体模拟分析装置10确定传感器是否检测到警报(步骤S212)。

例如，热流体模拟分析装置10得到数据中心中的温度传感器和气流传感器或附于每个机架设备的温度传感器和气流传感器测量的实际值，并确定实际测量值是否高于预定阈值。尽管在本实例中，热流体模拟分析装置10使用传感器得到实际测量值，并确定是否发生问题，但配置并不限于此。其例如能配置为，当温度传感器检测到高于阈值的温度时或当气流传感器检测到高于阈值的风量(air volume)时，向热流体模拟分析装置10输出警报。

返回来参考图9，当检测到警报时(步骤S212为“是”)，热流体模拟分析装置10的分析条件收集单元20b根据警报类型收集分析条件(步骤S213)。条件提取单元20c将分析条件收集单元20b收集的分析条件提取为边界条件(步骤S214)。当没有检测到警报时(步骤S212为“否”)，处理控制返回步骤S207并执行随后的处理。

分析条件收集单元20b在存储单元15中存储例如图10所示的数据库，其以关联的方式包含警报类型和要重定义的条目。当检测到警报时，分析条件收集单元20b通过参照图10，根据检测到的警报的类型来确定将要重定义的条目。例如，如果附于机架设备的进气侧的温度传感器检测到温度警报，则分析条件收集单元20b将“机架废气量”、“空调的冷却性能”以及“空调的流量”确定为要重定义的条目，并从传感器、管理员等处得到每个要重定义的条目的实际测量值。如果附于格栅的气流传感器检测到风量警报，则分析条件收集单元20b将“排列信息”和“空调的流量”确定为要重定义的条目，并得到每个要重定义的条目的实际测量值。

在分析条件收集单元20b通过参考图10示出的数据库确定要重定义的条目之后，条件提取单元20c将要重定义的条目提取为边界条件。在以上实例中，如果附于机架设备的进气侧的温度传感器检测到温度警报，则条件提取单元20c将“机架废气量”、“空调的冷却性能”、“空调的流量”的实际测量值提取为边界条件。如果附于格栅的气流传感器检测到气流警报，则条件提取单元20c将“排列信息”和“空调的流量”的实际测量值提取为边界条件。

返回来参考图9，再执行单元20d以与第一实施例相同的方式，从执行单元20a生成的分析模型的区域中选择与条件提取单元20c提取的边界条件相对应的区域，并利用所述边界条件更新选择的区域(步骤S210)。再执行单元20d对仅利用边界条件更新的分析模型进行热流体模拟分析(步骤S211)。之后，热流体模拟分析装置10重复步骤S206以及随后步骤的处理，直到输入单元12等接收到设备结束指令或模拟结束指令为止。

如上所述，在第二实施例中，当问题发生且生成警报时，热流体模拟分析装置10得到受警报指示的问题影响的分析条件的(网格区域的)实际测量值。然后，热流体模拟分析装置10利用根据警报得到的分析条件的实际测量值更新(重定义)分析模型，并对更新的(重定义的)分析模型进行热流体模拟分析。因此，在问题发生后的很短时间内进行热流体模拟，使得能够快速分析异常状况，并且能够快速选择对策。

[c]第三实施例

如上所述，本申请公开的热流体模拟分析装置10能在显示单元13上显示模拟结果。此外，热流体模拟分析装置10能配置为将模拟结果与它以前最近的(immediately previous)模拟结果进行比较，并在显示单元13上显示比较结果。

参照图11根据第二实施例描述处理流程，以将模拟结果与它以前最近的模拟结果进行比较。图11是根据第三实施例的热流体模拟分析装置执行的处理的流程图。

图11示出的步骤S301到S311的处理与第一实施例描述的步骤S101到S111的处理相同。此外，步骤S314到S316的处理与第二实施例描述的步骤S212到S214的处理相同。因此，将不描述与第一实施例和第二实施例相同的处理，而将仅描述步骤S312到S313的处理，因为它们与第一实施例和第二实施例中的处理不同。

更特别地，热流体模拟分析装置10的再执行单元20d将对仅利用边界条件更新的分析模型进行热流体模拟分析而给出的模拟结果与前次模拟给出的模拟结果进行比较(步骤S312)。再执行单元20d在显示单元13上显示比较结果/向显示单元13输出比较结果，并将比较结果存储在分析结果DB15b中(步骤S313)。之后，热流体模拟分析装置10重复步骤S306和随后步骤的处理，直到输入单元12等接收到设备结束指令或模拟结束指令为止。

例如，如果得到表示温度变化、流速变化或风量变化的模拟结果，再执行单元20d将模拟结果与前一次模拟结果进行比较，并且提取空间的温度分布、流速分布或风量分布等作为比较结果。比较结果不仅能包括所述分布，还能包括例如当前模拟与前次模拟之间的区别、区别的时间变化(temporal change)等。

如上所述，根据第三实施例的热流体模拟分析装置能显示与以前的模拟进行比较的结果；因此，管理员等能掌握例如已经显著改变的条件或区域，并得到指示早期问题迹象(sign)的信息。因此，能够防止例如数据中心中发生问题。

[d]第四实施例

本申请公开的热流体模拟分析装置10能配置为，将模拟结果与实际测量值进行比较，并使用比较结果作为反馈，使得热流体模拟分析装置10能执行稳定的空调控制。

下面参照图12和图13描述根据第四实施例将模拟结果与实际测量值进行比较、并使用比较结果作为反馈的处理流程。图12是根据第四实施例的热流体模拟分析装置执行的处理的流程图；图13是用于将模拟结果与实际测量值进行比较的坐标图。

如图12所示，当数据中心被置于操作中时(步骤S401)，热流体模拟分析装置10以上述方式进行热流体模拟(步骤S402)。

热流体模拟分析装置10例如每隔5分钟从数据中心中的或附于机架设备的传感器等得到温度的实际测量值，并将实际测量值与作为模拟结果预测和得到的对应时间点的预测值进行比较(步骤S403)。如果比较结果在允许范围之外(步骤S404为“是”)，热流体模拟分析装置10生成警报(步骤S405)，并向管理员设备等发送指示恶劣条件的消息作为反馈(步骤S406)。之后，热流体模拟分析装置10重复步骤S401和随后步骤的处理，直到输入单元12等接收到设备结束指令或模拟结束指令为止。另一方面，如果比较结果在允许范围内(步骤S404为“否”)，热流体模拟分析装置10重复步骤S401和随后步骤的处理。

如图13所示，热流体模拟分析装置10将作为模拟结果得到的、指示每个机架设备的温度增加的预测值与使用附于每个机架设备的温度传感器测量的实际值进行比较。在此实例中，因为机架号A和机架号K在允许范围外，所以热流体模拟分析装置10确定其处于恶劣条件并生成警报。此外，因为机架号A和K在允许范围外且将其确定为处于恶劣条件，所以热流体模拟分析装置10向管理员设备等发送指令采取对策以避免危险的消息。

作为此配置的效果，将在早期发现问题，能够快速排除不稳定因素，有助于数据中心的稳定、可持续操作。

[e]第五实施例

尽管上面描述了本申请公开的热流体模拟分析装置10的实施例，但是能根据除了上述实施例以外的实施例来实现热流体模拟分析装置10。下面将描述在本申请范围内的一些其它实施例，作为第五实施例。

计算方法

在上述实施例中，模拟是通过使用诸如SIMPLE算法之类的分割法计算气流和热传递的守恒方程，例如Navier-Stokes方程来进行的。然而，计算方法并不限于此。例如，只要进行热流体模拟分析，可以使用任何分析程序和算法进行计算。

模拟的触发

在上述实施例中，模拟的触发是在已经进行第一模拟之后流逝了预定时间段或者是生成了警报。然而，触发并不限于此。例如，热流体模拟分析装置10能配置为，当时间到达基于模拟结果预测到生成警报的时刻，进行热流体模拟。换句话说，热流体模拟分析装置10能将基于模拟结果预测到生成警报的时间设置为对模拟的触发。

待比较的对象

在第四实施例中，模拟结果与实际测量值进行比较，并且比较结果输出到显示单元13等。然而，待比较的对象并不限于此。例如，热流体模拟分析装置10能配置为，将模拟结果与包括性能系数(COP)、电源使用效率(PUE)等的指标等进行比较，并向显示单元13等输出比较结果。这提高了用于待模拟空间中的空调的能源效率。

系统配置及其它

此外，附图中示出的设备的组成元件仅仅是概念性的，物理上不必如所示配置。作为整体或部分的组成元件可基于各种负载类型或使用条件，功能性地或物理性地分离或集成(例如，执行单元20a和再执行单元20d可实现为一个单元)。以上实施例描述的、或附图示出的(如图2、图10等)处理流程、控制流程、具体名称、各种数据、以及包括参数的信息能适当改变，除非另有规定。

计算机程序

当诸如个人计算机和工作站之类的计算机系统运行预定计算机程序时，执行以上实施例描述的处理。下面描述计算机系统的实例，其运行计算机程序，从而实现与以上实施例相同的功能。

运行热流体模拟分析程序的计算机系统

图14是运行热流体模拟分析程序的计算机系统的实例的框图。如图14所示，计算机系统100包括RAM 101、HDD 102、ROM 103和CPU 104。ROM 103内预存储用于实现与以上实施例相同功能的计算机程序。更特别地，如图14所示，执行程序103a、分析条件收集程序103b、条件提取程序103c和再执行程序103d预存储在ROM 103中。

CPU 104读取并运行这些计算机程序103a到103d。然后，如图14所示，分别实现执行处理104a、分析条件收集处理104b、条件提取处理104c和再执行处理104d。应注意执行处理104a对应于图1示出的执行单元20a，分析条件收集处理104b对应于分析条件收集单元20b。条件提取处理104c对应于条件提取单元20c，再执行处理104d对应于再执行单元20d。

HDD 102具有分析条件表102a和分析结果表102b。分析条件表102a包含分析条件，并用于生成分析模型。分析结果表102b包含模拟结果。分析条件表102a对应于图1示出的分析条件DB 15a，分析结果表102b对应于分析结果DB 15b。

应注意上述计算机程序103a到103d不必需存储在ROM 103中。例如，它们能存储在可插入到计算机系统100的“便携式物理介质”中，例如软磁盘(FD)、CD-ROM、MO盘、DVD盘、磁光盘或IC卡。可选地，它们能存储在“静态物理介质”中，例如计算机系统100的内部或外部硬盘驱动器(HDD)。可选地，它们能存储在通过公共线路、因特网、LAN、WAN等等连接到计算机系统100的“另一个计算机系统”中。计算机系统100从介质和外部计算机系统读取计算机程序，并运行读取的计算机程序。

根据本申请公开的热流体模拟分析装置的实施例，为分析空调状态而执行的热流体模拟占用的时间缩短了，因此能够快速分析当前状况。

Claims (6)

1.一种热流体模拟分析装置，包括：

执行单元，使用分析条件生成分析模型，并基于所生成的分析模型进行第一热流体模拟分析，所述分析条件是热流体模拟分析中用来模拟预定空间中的空调状态的条件；

分析条件收集单元，在所述执行单元进行的所述第一热流体模拟分析后过去了预定时间段时，收集分析条件；

条件提取单元，从在所述第一热流体模拟分析后过去了所述预定时间段时所述分析条件收集单元收集的所述分析条件中提取边界条件，所述边界条件是相对于用于所述第一热流体模拟分析的对应分析条件已改变的分析条件；以及

再执行单元，从所述执行单元生成的所述分析模型的区域中选择与所述条件提取单元提取的所述边界条件相对应的区域，利用所述边界条件更新所选择的区域，并对所更新的分析模型进行第二热流体模拟分析。

2.根据权利要求1所述的热流体模拟分析装置，其中

所述条件提取单元将所述分析条件收集单元在所述第一热流体模拟分析后过去了所述预定时间段时收集的分析条件与用于所述执行单元执行的所述第一热流体模拟分析的分析条件进行比较，并提取差异分析条件作为所述边界条件。

3.根据权利要求1所述的热流体模拟分析装置，还包括问题检测单元，检测与所述预定空间中的空调状态有关的问题，其中

当所述问题检测单元检测到问题时，所述分析条件收集单元从所述分析条件中提取受到所述问题影响的分析条件，以及

所述条件提取单元提取所述分析条件收集单元提取的所述分析条件作为所述边界条件。

4.根据权利要求1所述的热流体模拟分析装置，其中所述再执行单元生成比较结果，所述比较结果是通过将所述第一热流体模拟分析给出的模拟结果与所述第二热流体模拟分析给出的模拟结果进行比较而生成的。

5.根据权利要求1所述的热流体模拟分析装置，还包括检测单元，检测所述预定空间中的温度或风量，其中

所述再执行单元将所述检测单元检测到的温度或风量与热流体模拟分析给出的对应模拟结果进行比较，并且，如果比较的结果高于预定阈值，则通知发生问题。

6.一种热流体模拟分析方法，包括如下步骤：

使用分析条件生成分析模型，并基于所生成的分析模型进行第一热流体模拟分析，所述分析条件是热流体模拟分析中用来模拟预定空间中的空调状态的条件；

在所述第一热流体模拟分析后过去了预定时间段时，收集分析条件；

从在所述第一热流体模拟分析后过去了所述预定时间段时收集的所述分析条件中提取边界条件，所述边界条件是相对于用于所述第一热流体模拟分析的对应分析条件已改变的分析条件；以及

从所生成的分析模型的区域中选择与所述边界条件相对应的区域，利用所述边界条件更新所选择的区域，并对所更新的分析模型进行第二热流体模拟分析。

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