CN110849653A - 可应用多种冷却介质的服务器液冷性能测试试验台及方法 - Google Patents
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Abstract
可应用多种冷却介质的服务器液冷性能测试试验台及方法，属于数据机房冷却性能研究领域。本发明主要解决了机房服务器液冷系统缺乏可靠测试试验平台的问题。主要部件包括储液箱(1)、过滤器(2)、液体泵(3)、安全阀(4)、流量调节阀(5)、电子流量计(6)、启停阀(7)、换热器(8)、模拟服务器(9)、恒温水浴(10)、无线数据采集仪(11)、第一热电偶(12)、第二热电偶(13)、第一加热棒(20)、第二加热棒(21)等。本发明按1∶1尺寸模拟热源服务器及其发热量，换热器进出口布置方式和内部槽道尺寸可根据不同实验要求进行更换，也可以更换不同的冷却介质，进口温度和液体流量便于调节，操作安全方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种可应用多种冷却介质的服务器液冷性能测试试验台及方法，属于数据机房冷却性能研究领域。
背景技术
随着建设网络强国，数字中国，智慧社会以及物联网，大数据和实体经济的深度融合，数据的产生、存储、计算技术推陈出新，必将实现海量数据之间和设备之间的互联共同。数据中心是承载数据的基础物理单元，装载大量的IT设备，其能耗密度是传统建筑的几倍甚至数十倍。其中大型数据机柜发热量最高达3kW，，单位热流密度可达8000W/m2，如何有效处理机柜散热已经是亟待解决的问题。
目前普遍使用的服务器冷却方式是风冷，随着信息技术的发展，风冷散热的缺点也越来越明显，其散热能力低，最大热流密度只能达到250W/cm2，无法满足服务器散热需求，易出现局部过热。与此同时液冷技术逐渐普及，相较于风冷散热，液态冷却剂的密度、比热以及导热系数比空气大得多，散热性能更加优越，最大热流密度可达到1000W/cm2。目前适用于机房服务器冷却的液冷系统已不断被设计出，如专利CN108598055A，适用于数据机房芯片冷却的散热器及成套装置，采用构造理论的Y型液冷散热器，最大限度降低系统的阻力损失，降低能耗，该装置既可以用于一台机柜内主机的散热，也可以用于多台机柜内主机的芯片散热；专利CN203982297U提出了一种水冷背板式换热器及其性能测试系统，背板换热器工作时冷却水经过进水主管进入各路换热器，吸收外掠翅片的空气热量，经出水总管汇集后离开背板式换热器，热空气流经背板换热器可以达到较低的温度水平。上述系统均处于实验室研究阶段，受制于数据机房环境的安全运行考虑，此类新技术难以进入实际机房进行实地试验。从模拟实验角度调研，发现目前缺乏与真实服务器1∶1的模型作为热源进行性能测试的试验台。
本发明采用与服务器机柜相同尺寸大小的铜块，内部安装加热棒接电源，可以模拟服务器的真实发热量；服务器表面的换热器进出口布置方式和内部槽道尺寸可根据不同实验要求进行更换，试验台中可以采用不同的冷却介质进行液冷实验，例如水、盐类溶液等；与试验台配套的流量调节阀可以用于调节液体流量，恒温水浴可调节冷却液体的进口温度，试验台调节参数方便，操作安全；为服务器散热液冷系统的设计优化提供了可靠的试验平台。
发明内容
本发明的目的是提供一种可应用多种冷却介质的服务器液冷性能测试试验台及方法。
该试验台主要是由储液箱1、过滤器2、液体泵3、安全阀4、流量调节阀5、电子流量计6、启停阀7、换热器8、模拟服务器9、恒温水浴10、无线数据采集仪11、第一热电偶12、第二热电偶13、第三热电偶14、第四热电偶15、第五热电偶16、第六热电偶17、第七热电偶18、第八热电偶19、第一加热棒20、第二加热棒21、电源22组成；
其中储液箱1的出口通过过滤器2连接液体泵3，液体泵3第一出口通过流量调节阀5、电子流量计6、启停阀7连接着换热器8的进口，换热器8紧贴在模拟服务器9的表面，换热器8的出口与恒温水浴10的入口连接，液体泵3的第二出口处通过安全阀4与储液箱1连接，第一热电偶12安装在启停阀7和换热器8之间的水管上，第二热电偶13安装在换热器8的出口与恒温水浴10的水管上，模拟服务器9表面前排等距布置第三热电偶14、第四热电偶15、第五热电偶16、后排等距布置第六热电偶17、第七热电偶18、第八热电偶19，无线数据采集仪10与第一热电偶12、第二热电偶13、第三热电偶14、第四热电偶15、第五热电偶16、第六热电偶17、第七热电偶18、第八热电偶19相连接，利用无线数据采集仪10对温度数据采集，第一加热棒20和第二加热棒21安装在模拟服务器9中为其提供发热量，通过铜电线连接电源22，模拟服务器9前后表面平行等距布置两层热电偶，前排从左往右依次布置第三热电偶14、第四热电偶15、第五热电偶16、后排从左往右依次布置第六热电偶17、第七热电偶18、第八热电偶19。
当以水作为冷却介质进行换热实验时，向恒温水浴10中加入水，设定恒温水浴10的温度，满足冷却温度的水进入储液箱1中，储液箱1的水通过过滤器2过滤杂质，经由液体泵3、流量调节阀5、电子流量计6、启停阀7流入换热器8中，经过与模拟服务器9表面的换热，冷却水返回至恒温水浴10中完成整个循环，中间可以用流量调节阀5调节水流量，第一热电偶12测量换热器的进水水温，第二热电偶13测量换热器的出水水温，第三热电偶14、第四热电偶15、第五热电偶16、第六热电偶17、第七热电偶18、第八热电偶19测量模拟服务器9表面的温度分布，数据汇总到无线数据采集仪11输出，第一加热棒20、第一加热棒21外接电源22可以为模拟服务器9模拟不同数据机柜的发热量。
当以制冷剂作为冷却介质进行换热实验时，制冷剂封装后加入恒温水浴10，设定恒温水浴10的温度，满足冷却温度的制冷剂进入储液箱1中，储液箱1的制冷剂通过过滤器2过滤杂质，储液箱1的水通过过滤器2过滤杂质，经由液体泵3、流量调节阀5、电子流量计6、启停阀7流入换热器8中，经过与模拟服务器9表面的换热，制冷剂返回至恒温水浴10中完成整个循环，中间可以用流量调节阀5调节制冷剂流量，第一热电偶12测量换热器的进口制冷剂温度，第二热电偶13测量换热器的出口制冷剂温度，第三热电偶14、第四热电偶15、第五热电偶16、第六热电偶17、第七热电偶18、第八热电偶19测量模拟服务器9表面的温度分布，数据汇总到无线数据采集仪11输出，第一加热棒20、第一加热棒21外接电源22可以为模拟服务器9模拟不同数据机柜的发热量。
该试验台冷却介质可分为制冷剂类介质和非制冷剂类介质。制冷剂类介质选用R11、R22、R134a、FC-72、FC-87；非制冷剂类介质选用水、盐类溶液、醇类溶液。
该试验台的换热器8的进出口布置方式和内部槽道尺寸根据不同实验要求进行更换。
该试验台的模拟服务器9中等距布置的第一加热棒20、第二加热棒21，第一加热棒20和第二加热棒21的发热量大小等于真实服务器发热量数值。
附图说明
附图1为本发明的原理图。
附图1中的标号名称：1.储液箱、2.过滤器、3.液体泵、4.安全阀、5.流量调节阀、6.电子流量计、7.启停阀、8.换热器、9.模拟服务器、10.恒温水浴、11.无线数据采集仪、12.第一热电偶、13.第二热电偶、14.第三热电偶、15.第四热电偶、16.第五热电偶、17.第六热电偶、18.第七热电偶、19.第八热电偶、20第一加热棒、21.第二加热棒、22.电源。
附图2为加热棒和热电偶安装在模拟服务器内部的示意图。
附图2中的标号名称：9.模拟服务器、14.第三热电偶、15.第四热电偶、16.第五热电偶、17.第六热电偶、18.第七热电偶、19.第八热电偶、20.第一加热棒、21.第二加热棒。
具体实施方式
如图1所示，可应用多种冷却介质的服务器液冷性能测试试验台主要包括储液箱1、过滤器2、液体泵3、安全阀4、流量调节阀5、电子流量计6、启停阀7、换热器8、模拟服务器9、恒温水浴10、无线数据采集仪11、第一热电偶12、第二热电偶13、第三热电偶14、第四热电偶15、第五热电偶16、第六热电偶17、第七热电偶18、第八热电偶19、第一加热棒20、第二加热棒21、电源22。
当以水作为冷却介质进行换热实验时，向恒温水浴10中加入水，设定恒温水浴10的温度，满足冷却温度的水进入储液箱1中，储液箱1的水通过过滤器2过滤杂质，经由液体泵3、流量调节阀5、电子流量计6、启停阀7流入换热器8中，经过与模拟服务器9表面的换热，冷却水返回至恒温水浴10中完成整个循环，中间可以用流量调节阀5调节水流量，第一热电偶12测量换热器的进水水温，第二热电偶13测量换热器的出水水温，第三热电偶14、第四热电偶15、第五热电偶16、第六热电偶17、第七热电偶18、第八热电偶19测量模拟服务器9表面的温度分布，数据汇总到无线数据采集仪11输出，第一加热棒20、第一加热棒21外接电源22可以为模拟服务器9模拟不同数据机柜的发热量。
当以制冷剂作为冷却介质进行换热实验时，制冷剂封装后加入恒温水浴10，设定恒温水浴10的温度，满足冷却温度的制冷剂进入储液箱1中，储液箱1的制冷剂通过过滤器2过滤杂质，储液箱1的水通过过滤器2过滤杂质，经由液体泵3、流量调节阀5、电子流量计6、启停阀7流入换热器8中，经过与模拟服务器9表面的换热，制冷剂返回至恒温水浴10中完成整个循环，中间可以用流量调节阀5调节制冷剂流量，第一热电偶12测量换热器的进口制冷剂温度，第二热电偶13测量换热器的出口制冷剂温度，第三热电偶14、第四热电偶15、第五热电偶16、第六热电偶17、第七热电偶18、第八热电偶19测量模拟服务器9表面的温度分布，数据汇总到无线数据采集仪11输出，第一加热棒20、第一加热棒21外接电源22可以为模拟服务器9模拟不同数据机柜的发热量。
本试验台可改变的参数为为冷却介质种类，冷却介质流量、冷却介质流速、冷却介质温度，换热器的结构设计。
本试验台可模拟真实比例的机柜服务器发热，通过试验中改变不同冷却介质和不同换热器形式，为寻求更高效的服务器散热方式提供一个安全高效的平台。
Claims (8)
1.可应用多种冷却介质的服务器液冷性能测试试验台，其特征在于：
由储液箱(1)、过滤器(2)、液体泵(3)、安全阀(4)、流量调节阀(5)、电子流量计(6)、启停阀(7)、换热器(8)、模拟服务器(9)、恒温水浴(10)、无线数据采集仪(11)、第一热电偶(12)、第二热电偶(13)、第三热电偶(14)、第四热电偶(15)、第五热电偶(16)、第六热电偶(17)、第七热电偶(18)、第八热电偶(19)、第一加热棒(20)、第二加热棒(21)、电源(22)组成；
储液箱(1)的出口通过过滤器(2)连接液体泵(3)，液体泵(3)第一出口通过流量调节阀(5)、电子流量计(6)、启停阀(7)连接着换热器(8)的进口，换热器(8)紧贴在模拟服务器(9)的表面，换热器(8)的出口与恒温水浴(10)的入口连接；液体泵(3)的第二出口处通过安全阀(4)与储液箱(1)连接，第一热电偶(12)安装在启停阀(7)和换热器(8)之间的水管上，第二热电偶(13)安装在换热器(8)的出口与恒温水浴(10)的水管上；第一加热棒(20)和第二加热棒(21)等距的安装在模拟服务器(9)内部，模拟服务器(9)前表面等距布置第三热电偶(14)、第四热电偶(15)、第五热电偶(16)、后表面等距布置第六热电偶(17)、第七热电偶(18)、第八热电偶(19)，无线数据采集仪(10)与第一热电偶(12)、第二热电偶(13)、第三热电偶(14)、第四热电偶(15)、第五热电偶(16)、第六热电偶(17)、第七热电偶(18)、第八热电偶(19)同时连接，利用无线数据采集仪(10)对温度数据采集，第一加热棒(20)和第二加热棒(21)安装在模拟服务器(9)中为其提供发热量，通过铜电线连接电源(22)。
2.根据权利要求1所述的可应用多种冷却介质的服务器液冷性能测试试验台的方法，其特征在于包括以下过程：
当以水作为冷却介质进行换热实验时，向恒温水浴(10)中加入水，设定恒温水浴(10)的温度，满足冷却温度的水进入储液箱(1)中，储液箱(1)的水通过过滤器(2)，经由液体泵(3)、流量调节阀(5)、电子流量计(6)、启停阀(7)流入换热器(8)中，经过与模拟服务器(9)表面的换热，冷却水返回至恒温水浴(10)中完成整个循环；中间可以用流量调节阀(5)调节水流量，第一热电偶(12)测量换热器的进水水温，第二热电偶(13)测量换热器的进水水温，第三热电偶(14)、第四热电偶(15)、第五热电偶(16)、第六热电偶(17)、第七热电偶(18)、第八热电偶(19)测量服务器表面的温度分布，数据汇总到无线数据采集仪(11)输出，第一加热棒(20)、第一加热棒(21)同时接电源(22)可以为模拟服务器(9)模拟不同数据机柜的发热量；
当以制冷剂作为冷却介质进行换热实验时，制冷剂封装后加入恒温水浴(10)，设定恒温水浴(10)的温度，满足冷却温度的制冷剂进入储液箱(1)中，储液箱(1)的制冷剂通过过滤器(2)过滤杂质，储液箱(1)的水通过过滤器(2)过滤杂质，经由液体泵(3)、流量调节阀(5)、电子流量计(6)、启停阀(7)流入换热器(8)中，经过与模拟服务器(9)表面的换热，制冷剂返回至恒温水浴(10)中完成整个循环，中间可以用流量调节阀(5)调节制冷剂流量，第一热电偶(12)测量换热器的进口制冷剂温度，第二热电偶(13)测量换热器的出口制冷剂温度，第三热电偶(14)、第四热电偶(15)、第五热电偶(16)、第六热电偶(17)、第七热电偶(18)、第八热电偶(19)测量模拟服务器(9)表面的温度分布，数据汇总到无线数据采集仪(11)输出，第一加热棒(20)、第一加热棒(21)外接电源(22)可以为模拟服务器9模拟不同数据机柜的发热量。
3.根据权利要求1所述的可应用多种冷却介质的服务器液冷性能测试试验台，其特征在于冷却介质可分为制冷剂类介质和非制冷剂类介质，制冷剂类介质选用R11、R22、R134a、FC-72、FC-87；非制冷剂类介质选用水、盐类溶液、醇类溶液。
4.根据权利要求1所述的可应用多种冷却介质的服务器液冷性能测试试验台，其特征在于换热器(8)的进出口布置方式和内部槽道尺寸根据不同实验要求进行更换。
5.根据权利要求1所述的可应用多种冷却介质的服务器液冷性能测试试验台，其特征在于电子流量计(6)调节冷却介质的流量，恒温水浴(10)调节冷却介质的温度。
6.根据权利要求1所述的可应用多种冷却介质的服务器液冷性能测试试验台，其特征在于所有相连的管道和储液箱都以聚氨酯保温材料包裹。
7.根据权利要求1所述的可应用多种冷却介质的服务器液冷性能测试试验台，其特征在于模拟服务器(9)中等距布置的第一加热棒(20)、第二加热棒(21)，第一加热棒(20)和第二加热棒(21)的发热量大小等于真实服务器发热量数值。
8.根据权利要求1所述的可应用多种冷却介质的服务器液冷性能测试试验台，其特征在于模拟服务器(9)前后表面平行等距布置两层热电偶，前排从左往右依次布置第三热电偶(14)、第四热电偶(15)、第五热电偶(16)、后排从左往右依次布置第六热电偶(17)、第七热电偶(18)、第八热电偶(19)。
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| Ortega et al. | VHTX: A code for simulation of steady state and dynamic response of single or multiple networked cross flow heat exchangers in data center thermal management systems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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