CN112969337B - 超算数据中心冷却方法 - Google Patents

Abstract

一种超算数据中心冷却方法，采用冷却器进行冷却，冷却器包括入口分流区、冷却流道和出口汇流区，方法包括：将冷却介质以垂直于冷却器的横截面方向流入入口分流区；通过入口分流区将冷却介质扩流，并均匀分散于以阵列方式设置的多个冷却流道内；利用在冷却流道内流通的冷却介质进行间壁换热；通过出口汇流区将经换热后的冷却介质汇流。本发明提供的方法确保通过多个冷却流道的各流线中的压降相等，保证整个冷却器的总流量小，压降小，功耗小，换热均匀的效果。

Description

超算数据中心冷却方法

技术领域

本发明涉及强化换热和电子设备冷却领域，尤其涉及一种超算数据中心冷却方法。

背景技术

随着微电子和微机电系统的高速发展，电子芯片、光电芯片的集成度和性能得到不断提高，使得电子设备向大功率化、微型化发展。因而芯片单位面积的发热量也大幅增加，如果热量不能及时散出，将会严重降低器件和系统的稳定性、可靠性，甚至造成器件的损坏和系统的崩溃。因此散热是大功率高功率密度电力电子器件设计和制造中的关键瓶颈问题。传统上通常采用空气作为冷却介质对芯片进行散热，但由于空气密度低，导致难以满足高热流密度芯片的散热要求。近年来，采用液体作为散热介质开始出现，与空气相比，液体具有密度大，比热大等优点。但由于液体在流动中压降较大，且液体难以在各个流道间实现均匀分配，导致部分流道内的流速过低，进而传热效率低下，容易出现芯片局部过热的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种超算数据中心冷却方法，以期至少部分的解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为实现上述目的，本发明的技术方案：

本发明提供一种超算数据中心冷却方法，采用冷却器进行冷却，所述冷却器包括入口分流区、冷却流道和出口汇流区，所述方法包括：

将冷却介质以垂直于所述冷却器的横截面方向流入所述入口分流区；

通过所述入口分流区将所述冷却介质扩流，并均匀分散于以阵列方式设置的多个所述冷却流道内；

利用在所述冷却流道内流通的所述冷却介质进行间壁换热；

通过所述出口汇流区将经换热后的冷却介质汇流。

从上述技术方案可以看出，本发明相对于现有技术，至少具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：

(1)通过入口分流区将冷却介质在进入冷却流道之前扩流，均匀分散于以阵列方式设置的多个冷却流道内；通过以上设计实现确保通过不同冷却流道的各流线中的压降相等，使冷却器的冷却均匀，防止局部过热的问题；

(2)将冷却介质以垂直于冷却器的横截面方向流入入口分流区，可减小入流冷却介质初始速度对冷却流道间流量分配的影响；

(3)出液管内的冷却介质与冷却流道处于同一水平面，增大了换热面积，进而减小换热器体积；

(4)本发明采用的冷却方法实现总流量小，压降小，所消耗的功耗小，而且换热均匀性高的效果。

附图说明

图1为本发明实施例一种超算数据中心冷却方法流程示意图；

图2为本发明实施例一种超算数据中心冷却方法使用冷却器剖面示意图；

图3为本发明实施例入口分流区的横截面为直角梯形结构的示意图；

图4为本发明另一实施例入口分流区的横截面为三角形结构的示意图；

图5为本发明再一实施例中入口分流区的横截面为不规则结构的示意图；

图6为本发明实施例一种超算数据中心冷却方法使用冷却器立体结构示意图；

图7为本发明另一实施例一种超算数据中心冷却方法使用冷却器剖面示意图；

图8为本发明实施例中一种超算数据中心冷却方法中的冷却介质的在各个冷却流道中的流动效果评价图；

图9为本发明实施例的超算数据中心冷却方法的冷却效果示意图。

上述附图中，附图说明含义如下：

1-冷却流道；

2-入口分流区；

21-进液管；

22-第一入口分流区；

23-第二入口分流区；

3-出口汇流区；

31-出液管；

32-第一出口汇流区；

33-第二出口汇流区。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

作为本发明的一个方面，如图1和图2所示，提供一种超算数据中心冷却方法，采用冷却器进行冷却，冷却器包括入口分流区2、冷却流道1和出口汇流区3，方法包括如下步骤：

步骤1：将冷却介质以垂直于冷却器的横截面方向流入入口分流区2；

步骤2：通过入口分流区2将冷却介质扩流，并均匀分散于以阵列方式设置的多个冷却流道1内；

步骤3：利用在冷却流道1内流通的冷却介质进行间壁换热；

步骤4：通过出口汇流区3将经换热后的冷却介质汇流。

根据本发明的实施例，本发明通过入口分流区2对冷却介质扩流，出口汇流区3对冷却介质汇流，解决了现有技术冷却器各个冷却流道1内流量差距较大的问题，在不显著增加流动阻力的前提下，实现冷却介质流量在各个冷却流道1间的均匀分配。

根据本发明的实施例，冷却器的入口分流区2的横截面的形状可以为直角梯形(图3)、三角形(图4)或其他形状，例如不规则形状(图5)。

根据本发明的实施例，入口分流区2的横截面的形状为不规则形状时，入口分流区2可以设计为沿冷却介质的流动方向依次包括第一入口分流区22和第二入口分流区23；第一入口分流区22内的冷却介质流动方向与第一入口分流区22的纵截面垂直；其中，纵截面定义为第一入口分流区22和第二入口分流区23的共端线与第一入口分流区22和第二入口分流区23的共端面的垂直面或者垂直面的平行面；第二入口分流区23的横截面的形状包括三角形、直角梯形或者平行四边形。

更为具体的，如图5所示，OC段为冷却流道1纵截面宽度，BC段长度等于OC段中实际各冷却流道1宽度之和(除去各流道肋宽)，线段CD平行于AB且长度相等，过点D做AB的垂线，垂足为E，取线段DE的中点F，连结CF，则EF或其平行线GH即为定义的纵截面，入流液体方向垂直于此纵截面。

根据本发明的实施例，通过入口分流区2或第二入口分流区23将冷却介质形成两个分流方向，其中一个分流方向为与冷却流道1垂直的窄流方向，另外一个分流方向为与冷却流道1平行的扩流方向。

根据本发明的实施例，冷却器的入口分流区2的设计实现随着流量的减少，入口分流区2逐渐变窄，从而确保进入不同冷却流道1的各流线中的压降相等；整个冷却方法冷却均匀性好，可靠性高。

根据本发明的实施例，出口汇流区3的横截面形状跟入口分流区2的横截面形状相同，可以为直角梯形、三角形或者上述相同的不规则形状。

根据本发明的实施例，出口汇流区3沿冷却介质的流动方向依次包括第一出口汇流区32和第二出口汇流区33；第一出口汇流区32的横截面的形状包括三角形、直角梯形或者平行四边形。在此不再赘述。

根据本发明的实施例，通过出口汇流区3将冷却介质形成两个分流方向，其中一个分流方向为与冷却流道1垂直的扩流方向，另外一个分流方向为与冷却流道1平行的窄流方向。

根据本发明的实施例，通过出口汇流区3的设计实现随着流量的减少，出口汇流区3逐渐变窄，从而进一步确保不同冷却流道1的各流线中的压降相等；整个冷却方法冷却均匀性好，可靠性高。

根据本发明的实施例，如图6所示，冷却器还包括进液管21；进液管21垂直于冷却器的横截面；进液管21与冷却器的上表面连接或者进液管21与冷却器的下表面连接。

根据本发明的实施例，将冷却介质以垂直于冷却器的横截面方向流入入口分流区2可以包括将冷却介质以垂直于冷却器的横截面方向向下流入入口分流区2。但是并不局限于此，还可以将冷却介质以垂直于冷却器的横截面方向向上流入入口分流区2。

根据本发明的实施例，如图6所示，进液管21入流管路垂直于冷却器(可以为水冷板)，以减小入流液体初始速度对冷却流道1间流量分配的影响。

根据本发明的实施例，采用将冷却介质以垂直于冷却器的横截面方向向下流入入口分流区2的方式，可以利用冷却介质的重力势能，减少运输的动力。

根据本发明的实施例，如图6所示，冷却器还包括出液管31；出液管31与冷却流道1处于同一水平面。如图7所示，出液管31与进液管21处于冷却流道1的同侧，但是并不局限于此，还可以如图2所示，出液管31与进液管21分处于冷却流道1的两侧。本发明中，采用出液管31与冷却流道1处于同一水平面的方式，增大了换热面积，进而减小换热器体积。

根据本发明的实施例，在通过出口汇流区3将经换热后的冷却介质汇流之后，冷却方法还包括将汇流后的冷却介质沿出液管31流出换热器；其中，在出液管31内的冷却介质与冷却流道1处于同一水平面。

根据本发明实施例，出液管31内的冷却介质并不局限于此，还可以垂直于所述换热器的横截面或者与所述换热器的横截面呈倾斜状态。但是，采用出液管31内的冷却介质与冷却流道1处于同一水平面的方式，增大了换热面积，进而减小换热器体积。

根据本发明的实施例，冷却流道1包括纳米尺度的流道，但是并不局限于此，还可以是微米尺度或者毫米尺度的流道。

根据本发明的实施例，冷却流道1的纵截面宽度包括1μm～900mm。更为具体的，冷却流道1的纵截面宽度包括1μm、100μm、500μm、1mm、50mm、100mm、500mm或者900mm。

根据本发明的实施例，冷却器的材质包括铜、铝或铝合金。但是并不局限于此，还可以是不锈钢等材质。但是考虑到材质的传热效果，适宜采用铜、铝或铝合金材质。

根据本发明的实施例，冷却介质包括水、氟化液、乙醇、乙二醇、导热油中的一种或多种。在本发明中，冷却介质的选取，可以根据实际情况进行适宜更改，在此不再赘述。

图8为本发明实施例中一种超算数据中心冷却方法中的冷却介质的在各个冷却流道1中的流动效果评价图；图9为本发明实施例的超算数据中心冷却方法的冷却效果示意图。

如图8和图9所示，冷却介质在各个冷却流道1内流速均衡，且实现的的换热均匀性效果好。通过本发明的冷却方法实现冷却介质总流量需求量小，压降小，所消耗的功耗小，而且换热均匀性高的效果。

综上所述，本发明提供一种超算数据中心冷却方法，该方法调配冷却介质在多个冷却流道1内的流量均匀分配，更具体的，通过入口分流区2将冷却介质在进入冷却流道1之前扩流，均匀分散于以阵列方式设置的多个冷却流道1内；通过以上设计实现确保通过不同冷却流道1的各流线中的压降相等，使冷却器的冷却均匀，防止局部过热的问题。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超算数据中心冷却方法，其特征在于，采用冷却器进行冷却，所述冷却器包括入口分流区、冷却流道和出口汇流区，所述方法包括：

将冷却介质以垂直于所述冷却器的横截面方向流入所述入口分流区；

通过所述入口分流区将所述冷却介质扩流，并均匀分散于以阵列方式设置的多个所述冷却流道内；

利用在所述冷却流道内流通的所述冷却介质进行间壁换热；

通过所述出口汇流区将经换热后的冷却介质汇流；

所述入口分流区沿所述冷却介质的流动方向依次包括第一入口分流区和第二入口分流区；

所述第一入口分流区内的冷却介质流动方向与所述第一入口分流区的纵截面垂直；其中，所述纵截面定义为所述第一入口分流区和第二入口分流区的共端线与所述第一入口分流区和第二入口分流区的共端面的垂直面或者所述垂直面的平行面；

所述第二入口分流区的横截面的形状包括三角形、直角梯形或者平行四边形；

其中，通过所述第二入口分流区将所述冷却介质形成两个分流方向，其中一个分流方向为与所述冷却流道垂直的窄流方向，另外一个分流方向为与所述冷却流道平行的扩流方向。

2.如权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，

通过所述出口汇流区将所述冷却介质形成两个分流方向，其中一个分流方向为与所述冷却流道垂直的扩流方向，另外一个分流方向为与所述冷却流道平行的窄流方向。

3.如权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，

所述冷却器还包括进液管；所述进液管垂直于所述冷却器的横截面；所述进液管与所述冷却器的上表面连接或者所述进液管与所述冷却器的下表面连接；

所述将冷却介质以垂直于所述冷却器的横截面方向流入所述入口分流区包括：

将所述冷却介质以垂直于所述冷却器的横截面方向向下流入所述入口分流区；或者

将所述冷却介质以垂直于所述冷却器的横截面方向向上流入所述入口分流区。

4.如权利要求3所述的冷却方法，其特征在于，

所述冷却器还包括出液管；所述出液管与所述冷却流道处于同一水平面；

所述出液管与所述进液管处于所述冷却流道的同侧或者所述出液管与所述进液管分处于所述冷却流道的两侧。

5.如权利要求4所述的冷却方法，其特征在于，

在所述通过所述出口汇流区将经换热后的冷却介质汇流之后，所述方法还包括：

将所述汇流后的冷却介质沿所述出液管流出换热器；其中，在所述出液管内的冷却介质与所述冷却流道处于同一水平面。

6.如权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，

所述冷却流道包括纳米尺度、微米尺度或者毫米尺度的流道。

7.如权利要求6所述的冷却方法，其特征在于，

所述冷却流道的纵截面宽度包括1μm ~900mm。

8.如权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，

所述冷却器的材质包括铜、铝或铝合金。

9.如权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，

所述冷却介质包括水、氟化液、乙醇、乙二醇、导热油中的一种或多种。

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