CN112989642B - 用于产生显示的非暂时性计算机可读介质、系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于产生显示的非暂时性计算机可读介质、系统及方法，所述系统包括处理器，配置为接收包含通过所述机架的气流阻力参数、IT设备气流参数、散热参数、外部压力以及一外部温度的一输入，通过流体网络解算器运行输入来解算通过机架至少一个面的气流速度以及基于输入的机架空气流出温度，提供包含所述气流速度以及所述机架空气流出温度的输出，并根据所述输出在图形用户界面中产生一显示，以说明在所述IT室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一项或多项。本发明能克服现有技术的至少一缺点。

Description

用于产生显示的非暂时性计算机可读介质、系统及方法
技术领域
根据本发明的至少一示例，一般涉及用于在图形用户界面中产生代表信息技术室中的空气温度、空气压力及气流速度的一显示的系统以及方法。
背景技术
集中式的信息技术(information technology,IT)室或计算机数据中心，以及包含大量设备机架的其他电子设备，都需要电源、冷却以及与外部通讯设施连接。在所述设备机架中所包含的电子设备会产生大量热量，因此通用的设备机架会利用气流通过机架来冷却所述电子设备。
发明内容
本发明的至少一样态，提供了用于数据中心计算流体动力学(data-centercomputational fluid dynamics,CFD)建模的黑盒(black-box)机架模型，所述机架模型既简单又计算效率高，但可以处理大多数实际的数据中心应用，包括开放环境、密闭性、通过机架下方电缆切口的泄漏流体以及机架多个面的阻挡。所述模型考虑了特定的信息技术(IT)设备及盲板数量，并预测了IT入口温度，所述温度通常与机架入口温度不同，并且可能会根据IT设备在机架中的位置而有所不同。这是通过将所述机架内部气流理想化(限制在定义明确的流体网络拓扑结构中)来实现的。所述模型与母体(parent)CFD模型沿着机架外围交换气流、压力和温度数据。相对于最简单的黑盒模型，模型所需的额外计算量适中，解决方案的速度没有明显损失。与先前已知的计算流体动力学方法相比，本文所公开的多个态样以及实施例表示计算机快速计算IT室或数据中心内，包括IT室或数据中心内的机架内的气流及温度的能力的改进。
本发明的至少一样态，公开一种非暂时性计算机可读介质，其上存储有用于确定IT室或数据中心中的设备的机架的气流的计算机可执行指令的序列，所述计算机可执行指令的序列包括多个指令。所述多个指令指示至少一处理器接收与外部设备的机架的气压有关的数据，以确定设备的机架内多个节点的内部气压，并确定设备的机架的至少一个面的气流速率。
根据一样态，提供一种系统，用于在一图形用户界面中确定及显示在包含有信息技术(IT)设备的机架的一IT室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一项或多项。所述系统包括一处理器，所述处理器配置为接收一输入，所述输入包含通过所述机架的气流阻力参数、一IT设备气流参数、一散热参数、一外部压力以及一外部温度；所述散热参数与所述IT设备气流参数相关联，所述IT设备气流参数与至少一风扇相关联，所述至少一风扇与在所述机架中的IT设备相关联而且提供气流通过所述IT设备；所述处理器还配置为通过一流体网络解算器运行所述输入，所述流体网络解算器根据所述输入来解算通过所述机架的至少一个面的气流速度以及一机架空气流出温度；提供一输出，所述输出包含所述气流速度以及所述机架空气流出温度；以及根据所述输出在一图形用户界面中产生一显示，所述显示说明在所述IT室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一项或多项。
在一些实施例中，所述气流阻力参数包含：在所述机架的一前部以及一后部之间的气流阻力；在所述机架的所述后部以及一顶部之间的气流阻力；以及在所述机架的所述后部以及一底部之间的气流阻力。
在一些实施例中，所述处理器还被配置为将机架气流速率以及所述机架空气流出温度输出至一计算流体动力学模型，并且利用所述计算流体动力学模型计算整个IT室的温度及气流。所述处理器还被配置为如果所述机架空气流出温度不足以为所述机架中的设备提供足够的冷却，控制一台或多台计算机室空调以调节所述IT室中的气流，或者控制容纳在所述机架中的一种或多种设备来降低功率。
根据另一样态，提供一种非暂时性计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令序列，所述计算机可执行指令序列用于在一图形用户界面中确定及显示在包含有设备的机架的一信息技术(IT)室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一项或多项，所述计算机可执行指令序列包含多个指令，指示至少一处理器执行：接收一输入，所述输入包括所述机架前部和后部之间的气流阻力、机架后部和顶部之间的气流阻力、机架后部和底部之间的气流阻力，通过所述机架与至少一个提供气流的风扇相关的IT设备气流参数、与 IT设备气流参数相关联的散热参数，外部压力和外部温度；通过一流体网络解算器运行所述输入，所述流体网络解算器根据所述输入来解算一机架气流速率以及一机架空气流出温度；提供一输出，所述输出包含所述机架气流速率以及所述机架空气流出温度；根据所述输出在一图形用户界面中产生一显示，所述显示说明在所述IT室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一项或多项。
在一些实施例中，所述计算机可执行指令还指示至少一处理器将所述机架气流速率以及所述机架空气流出温度用作计算流体动力学模型中的变量，并利用计算流体动力学模型来确定整个IT室的温度和气流。
根据另一样态，提供一种非暂时性计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令序列，所述计算机可执行指令序列用于在一图形用户界面中确定及显示在包含有设备的机架的一信息技术(IT)室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一项或多项，所述计算机可执行指令序列包含多个指令，使至少一处理器执行的多个指令：接收一输入，所述输入包含通过所述机架的气流阻力参数、一IT设备气流参数、一散热参数、一外部压力以及一外部温度；所述散热参数与所述IT设备气流参数相关联；所述IT设备气流参数与至少一风扇相关联，所述至少一风扇提供气流通过所述IT设备；所述计算机可执行指令序列还包括多个指令，使至少一个处理器通过一流体网络解算器运行所述输入，所述流体网络解算器根据所述输入来解算一机架气流速率以及一机架空气流出温度；提供一输出，所述输出包含所述机架气流速率以及所述机架空气流出温度；根据所述输出在一图形用户界面中产生一显示，所述显示说明在所述IT室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一项或多项。
在一些实施例中，所述气流阻力参数包含：在所述机架的一前部以及一后部之间的气流阻力；在所述机架的所述后部以及一顶部之间的气流阻力；以及在所述机架的所述后部以及一底部之间的气流阻力。
在一些实施例中，解算所述机架气流速率包含：解算空气通过所述机架的一前表面、所述机架的一后表面，所述机架的一顶部以及所述机架的一底部中的每一个的一气流速率。
在一些实施例中，解算所述机架空气流出温度包含：解算空气通过所述机架的一后表面以及所述机架的一顶部中的每一个的多个温度；解算所述机架空气流出温度还包含：解算空气通过所述机架的一底部的一温度。
在一些实施例中，所述流体网络解算器对于在每一个不同高度的所述机架的多个部位解算所述机架气流速率以及所述机架空气流出温度。
在一些实施例中，从所述机架的前部至后部的气流阻力在多个部为中的每个部位都相同、从所述机架的后部到顶部的气流阻力在多个部位中的每个部位均相同，以及从所述机架后部到底部的气流阻力在多个部位中均相同的的一种情况下，所述流体网络解算器对于所述机架的多个部位解算所述机架气流速率以及所述机架空气流出温度。
在一些实施例中，至少在所述机架的多个部位的至少一个中流过所述机架后部的气流被阻挡的情况下，所述流体网络解算器对于所述机架的多个部位解算所述机架气流速率以及所述机架空气流出温度。
在一些实施例中，所述流体网络解算器可以解算所述机架的多个部位的机架气流速率，通过解算多个非线性方程组，所述非线性方程组包括所述机架的多个部位中相邻部位之间的气流阻力作为输入变量。所述流体网络解算器可以通过求解线性方程组来求解所述机架的多个部位的机架空气流出温度。
在一些实施例中，所述流体网络解算器仅利用在所述机架的所述前部的压力、在所述机架的所述顶部的压力、在所述机架的所述前部以及所述后部之间的气流阻力、在所述机架的所述后部以及所述顶部之间的气流阻力与固定气流速率作为输入变量，在通过所述机架的所述后部的气流被阻挡的限制条件下，解算在所述机架的所述后部的平均压力。所述流体网络解算器可仅利用所述机架的所述前部以及所述后部之间的气流阻力、所述机架的所述后部以及所述顶部之间的气流阻力与所述固定气流速率作为输入变量，在通过所述机架的所述后部的气流被阻挡的限制条件下，解算在所述机架的所述后部的平均压力。
根据另一样态，提供一种方法，用于在一图形用户界面中确定及显示在包含有设备的机架的一信息技术(IT)室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一项或多项。所述方法包含接收一输入，所述输入包含通过所述机架的气流阻力参数、一IT设备气流参数、一散热参数、一外部压力以及一外部温度，其中所述散热参数与所述IT设备气流参数相关联；所述IT设备气流参数与至少一风扇相关联，所述至少一风扇提供气流通过所述IT设备。所述方法进一步包括通过一流体网络解算器运行所述输入，所述流体网络解算器根据所述输入来解算一机架气流速率以及一机架空气流出温度；输出所述机架气流速率以及所述机架空气流出温度；以及根据所述机架气流速率以及所述机架空气流出温度的输出，而产生在一图形用户界面中的一显示，所述显示说明在所述IT室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一项或多项。
在一些实施例中，所述气流阻力参数包含：在所述机架的一前部以及一后部之间的气流阻力；在所述机架的所述后部以及一顶部之间的气流阻力；以及在所述机架的所述后部以及一底部之间的气流阻力。
在一些实施例中，解算所述机架气流速率包含：解算空气通过所述机架的一前表面、所述机架的一后表面，所述机架的一顶部以及所述机架的一底部中的每一个的一气流速率。
在一些实施例中，解算所述机架空气流出温度包含：解算空气通过所述机架的一后表面以及所述机架的一顶部中的每一个的多个温度。解算所述机架空气流出温度还包含：解算空气通过所述机架的一底部的一温度。
在一些实施例中，所述流体网络解算器对于在每一个不同高度的所述机架的多个部位解算所述机架气流速率以及所述机架空气流出温度。
在一些实施例中，从所述机架的前部至后部的气流阻力在多个部为中的每个部位都相同、从所述机架的后部到顶部的气流阻力在多个部位中的每个部位均相同，以及从所述机架后部到底部的气流阻力在多个部位中均相同的的一种情况下，所述流体网络解算器对于所述机架的多个部位解算所述机架气流速率以及所述机架空气流出温度。
在一些实施例中，至少在所述机架的多个部位的至少一个中流过所述机架后部的气流被阻挡的情况下，所述流体网络解算器对于所述机架的多个部位解算所述机架气流速率以及所述机架空气流出温度。所述流体网络解算器可以解算所述机架的多个部位的机架气流速率，通过解算多个非线性方程组，所述非线性方程组包括所述机架的多个部位中相邻部位之间的气流阻力作为输入变量。所述流体网络解算器可以通过求解线性方程组来求解所述机架的多个部位的机架空气流出温度。
在一些实施例中，所述流体网络解算器在以下限制条件的其中之一的情况下解算所述机架的多个部位的所述机架气流速率以及所述机架空气流出温度：通过所述机架的顶部的气流被阻挡、通过所述机架的底部的气流被阻挡，或者在所述机架的多个部位中的每一个中通过所述机架的后部的气流被阻挡。所述流体网络解算器对于所述机架的多个部位解算所述机架气流速率以及所述机架空气流出温度，而不需要利用所述机架的多个部位中相邻的部位之间的气流阻力作为输入变量。
在一些实施例中，所述流体网络解算器仅利用在所述机架的所述前部的压力、在所述机架的所述顶部的压力、在所述机架的所述前部以及所述后部之间的气流阻力、在所述机架的所述后部以及所述顶部之间的气流阻力与固定气流速率作为输入变量，在通过所述机架的所述后部的气流被阻挡的限制条件下，解算在所述机架的所述后部的平均压力。所述流体网络解算器可仅利用所述机架的所述前部以及所述后部之间的气流阻力、所述机架的所述后部以及所述顶部之间的气流阻力与所述固定气流速率作为输入变量，在通过所述机架的所述后部的气流被阻挡的限制条件下，解算在所述机架的所述后部的平均压力。
附图说明
附图并非意图按比例绘制。在附图中，在各个附图中示出的每个相同或几乎相同的组件由相似的数字表示。为了清楚起见，并非每个组件都可以在每个附图中标记。在图中：
图1是根据本发明的各个态样可以实现的计算机系统的一示例的框图。
图2是包括IT室管理系统的一分布系统的一示例的示意图。
图3是示例IT设备的机架的示意图。
图4是在一热通道密闭实施中配置的单个机架的示例的示意图。
图5是用于计算空气进出机架的气流以及温度的一通用机架模型的图。
图6A是用于计算空气进出具有开放后部的机架的气流以及温度的一简化机架模型的图。
图6B是用于计算空气进出具有阻挡后部的机架的气流以及温度的一简化机架模型的图。
图7显示空气进出机架的温度以及气流的计算结果的示例的示意图。
图8A显示基于IT室的一计算流动动力学模型而计算出的IT室的示例中的气流速度。
图8B显示利用图8A的IT室的计算流动动力学模型计算出的气压。
图9A及图9B显示一排机架的俯视图，其中显示每个机架的冷却评估结果，并且省略气流向量(图9A)或包含气流向量(图9B)。
图10是IT室的等轴视图，其中包括设备的机架之间一冷却通道中穿过室的“切片(slice)”的温度梯度以及每个机架的冷却评估结果。
具体实施方式
本文讨论的方法及系统的示例在应用中不限于以下的描述或在附图中显示的构造细节及组件的布置。所述方法及系统能够在其他实施例中实施，并且能够以各种方式被实践或执行。本文提供的特定实施方式的示例仅出于说明性目的，并不打算进行限制。特别地，结合任何一个或多个示例讨论的动作、组件、元素及特征不被排除在任何其他示例中的类似作用之外。
另外，本文所使用的措词及用语是出于描述的目的，并且不应被视为限制。对本文中以单数形式提及的系统及方法的示例、实施例、组件、元件或动作的任何引用也可以包括多个的实施例，而且本文中对任何实施例、组件、元件或动作的复数形式中的任何引用也可以包括仅包括单数的实施例。单数或复数形式的引用无意于限制当前公开的系统或方法、其组件、动作或元件。本文中的“包括(including)”，“包含(comprising)”，“具有(having)”，“含盖 (containing)”，“涉及(involving)”及其变化的使用意在涵盖其后列出的项目以及其等同物以及其他项目。
对“或”的引用可以被解释为包括性的，使得使用“或”描述的任何用语可以指示单个，一个以上以及所有所描述的用语中的任何一个。另外，在本文与通过引用并入本文的文献之间的用语的用法不一致的情况下，所并入参考文献中的用语的用法是对本文的补充。对于不一致之处，以本文中的用语的用法为准。
信息技术(information technology,IT)室可以包含一种或多种类型的IT设备，所述IT设备可以操纵、接收、存储及/或传输多种形式的数据，包括例如语音或视频数据。IT设备可以放在IT机架中。作为替代或补充，可以将如电源、用户界面等之类的设备安装在IT室的IT机架中。IT室可能包括用于IT设备的冷却设备。所述冷却设备可以与所述IT设备一起安装在机架中，也可以作为一个或多个单独的单元来提供，有时称为计算机室空调(CRAC) 单元。数据中心是IT室的一种类型。
电子设备的数量以及在一机架的内部产生的气流模式可能很复杂。此外，机架可能“漏气(leaky)”，因为外部加压可能会驱动气流通过机架的一个面(或面的一部位)流出机架的一个或多个其他面。在本文中描述的至少一些实施例中，可以对气流模式进行建模，以针对包括冷或热通道的遏制的许多实际应用实现精确的模拟。一些机架模型可能过于简单和不准确，或者过于详细和缓慢。有时，在单个IT室的CFD模型中可以采用不止一种机架模型。一机架模型可用于在图形用户界面中产生代表IT室中的空气温度、空气压力以及气流速度的显示。
根据至少一实施例，提供一种用于IT室应用程序的计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)建模的IT机架模型。所述模型可以保留简单黑盒(black-box)模型的速度和简便性，同时对内部机架(internal-rack)气流进行足够详细的建模，以使所述模型对于数据中心应用程序以及在图形用户界面中产生代表IT室中的空气温度、空气压力以及气流速度的显示而言，是准确而实用的。根据先前已知的方法来预测IT设备的机架内的气流和温度，并且在图形用户界面中通过减少计算要求来产生代表IT室中的空气温度、空气压力和气流速度的显示，用于做出这些预测并减少执行这些预测所需的时间，所述模型是对先前已知方法的改进。
在至少一实施例中，一机架模型被理想化为在整个机架中分布的一流体网络，与包括机架的IT室的一母体(parent)CFD模型来交换数据。通过将所述机架内的气流和温度的计算限制在一个定义明确且受限制的拓扑结构中，可以对所需的物理模型进行建模，而相对于简单黑盒模型，却不会明显增加解决方案的时间。此外，通过避免在机架内部创建小的(且非均匀的)网格单元，所述模型保持了稳健性。至少一些方法及系统所提供的用于对气流进行建模并且在图形用户界面中产生表示此处所述IT室中的空气温度、空气压力和气流速度的显示的改进可以包括：
1.对压力驱动的泄漏体流进行建模的能力。这很常见，因为(冷通道或热通道)密闭会形成加压区域，从而推动气流通过机架。增压气室还可以驱动气流通过机架下方的电缆开口。
2.所述模型可以“理解”通过机架的气流阻力取决于所采用的路径。例如，气流可能会流进机架的后部，然后流出机架的顶部，而阻力很小。但是，进入机架的前部并且从机架的后部或顶部排出的气流将承受更大的阻力。
3.模型处理“封闭”面或封闭面的部位的能力。例如，当将所述机架模型放在CFD模型中靠墙放置时，所述机架的后部将变得受压，这将驱使IT 气流从顶部流出或返回到前部(再循环)，就像在实际IT室中那样。
4.直接基于实验测量结果，在所述机架中的气流阻力因而可能比非常详细的显式CFD模型更为准确。
5.对内部IT设备温度进行建模的能力，由于内部再循环，所述温度可能与所述机架的入口的温度不同。
6.具有对各种IT人群进行建模，缺少空白面板等的能力。
7.对IT设备的热质量进行建模的能力。
8.可以产生图形用户界面的速度，所述图形用户界面包括准确表示IT 室中的空气温度、空气压力以及气流速度的显示。
根据至少一些实施例的单个紧密模型可以在IT室或数据中心环境中使用，目前将需要多个模型，从而使得产生图形用户界面的过程变慢，包括准确显示IT室中的空气温度、空气压力和气流速度的显示。
本文提供的系统及方法允许在计算机上模拟设备的机架的气流，并且图形用户界面包括要快速产生准确表示IT室中的空气温度、空气压力和气流速度的显示。通过模型及产生的显示，可以在现有IT室中和/或在新IT室的设计过程中设计及实施设备的机架的气流系统。
各种计算设备可以执行上面讨论的各种操作。在一个示例中，使用存储在相关联的存储器中的数据，一计算机执行存储在一个或多个非暂时性计算机可读介质上的一个或多个指令，这可能使得数据被操纵。在一些示例中，所述计算机可以包括一个或多个处理器或其他类型的计算硬件。在一示例中，计算硬件是或包括可购买的通用处理器。在另一示例中，所述计算机使用为除通用处理器之外或代替通用处理器而执行特定操作的专用集成电路(ASIC) 来执行本文所讨论的操作的至少一部分。如这些示例所说明的，根据本发明的示例可以使用硬件和软件的许多特定组合来执行本文所述的操作，并且本发明不限于硬件和软件组件的任何特定组合。
在各种示例中，一计算机可以实现多线程过程以执行上面讨论的操作。例如，虽然所述计算机的一第一线程可以执行包括确定设备的机架中的气流的操作，但是所述计算机的一第二线程可以计算与本文讨论的气流模型相关联的一个或多个变量。在至少一个实施例中，包含在IT室管理系统中的计算机被配置为使用在此描述的方法来模拟设备的机架中的气流。此外，在至少一示例中，所述IT室管理系统可以基于所述系统产生的结果来监视和控制 IT室设备的机架中的气流。根据所述模型结果，IT室冷却系统可以由IT室管理系统控制，包括设备的机架中具有的冷却组件，以改善IT室的整体制冷。
根据本实施例在本文所揭露的多个态样，在其应用中不限于在以下描述中阐述或在附图中显示的构造细节和组件的布置。这些方面能够假设其他实施例并且能够以各种方式被实践或执行。本文提供的特定实施方式的示例仅出于说明性目的，并不打算进行限制。特别地，结合任何一个或多个实施例讨论的动作、元件以及特征不打算在被排除在任何其他实施例中的类似角色之外。
例如，根据本发明的一实施例，一计算机系统被配置为执行本文描述的任何功能，包括但不限于配置、建模和呈现关于特定IT室配置的信息。所述计算机系统可以在图形用户界面中的一部分或整个IT室中向用户呈现信息，作为一部分或全部气流、温度和相关物理参数或度量(例如压力、穿孔砖气流速率、捕获指数等)中的一项或多项的显示。此外，在多个实施例中的计算机系统可以从用户和/或直接从数据中心中的物理传感器接收输入，所述输入自动测量IT室中的环境参数。所述计算机系统可以控制如冷却器或冷却器的设备以优化性能。而且，本文描述的系统可以被配置为包括或排除本文讨论的任何功能。因此，实施例不限于特定功能或功能集。同样地，本文所使用的措词和用语是出于描述的目的，并且不应被视为限制。本文中“包括 (including)”，“包含(comprising)”，“具有(having)”，“含盖(containing)”，“涉及(involving)”及其变体的使用意在涵盖其后列出的项目及其等同物以及其他项目。
计算机系统
在本文中根据本实施例描述的各个态样及功能，可以被实现为一个或多个计算机系统上的硬件或软件。目前有许多使用计算机系统的例子。这些示例包括网络设备、个人计算机、工作站、大型机、联网的客户端、服务器、媒体服务器、应用程序服务器、数据库服务器及Web服务器。所述计算机系统的其他示例可以包括移动计算设备，例如蜂窝电话和个人数字助理，以及网络设备，例如负载平衡器、路由器和交换机。此外，根据本实施例的多个态样可以位于单个计算机系统上，或者可以分布在连接到一个或多个通信网络的多个计算机系统中。
例如，各个态样及功能可以分布在一个或多个计算机系统中，所述计算机系统被配置为向一个或多个客户端计算机提供服务，或执行总体任务作为分布式系统的一部分。另外，可以在包括分布在执行各种功能的一个或多个服务器系统之间的组件的客户端服务器或多层系统上执行各个态样。因此，实施例不限于在任何特定系统或系统组上执行。此外，多个态样可以由软件、硬件或固件或其任何组合来实现。因此，可以使用各种硬件和软件配置在方法、动作、系统、系统元件和组件内实现根据本实施例的各个态样，并且实施例不限于任何特定的分布式架构、网络或通信协议。
图1显示分布式计算机系统100的框图，其中可以实践根据本实施例的各个态样及功能。分布式计算机系统100可以包括一个或多个计算机系统。例如，如说明的，分布式计算机系统100包括多个计算机系统102、104和 106。如图所示，多个计算机系统102、104及106通过通信网络108互连，并且可以通过通信网络108交换数据。通信网络108包括通过计算机系统可以交换数据的任何通信网络。为了使用通信网络108交换数据，计算机系统 102、104和106以及通信网络108可以使用各种方法、协议及标准，包括，尤其是令牌环(tokenring)、以太网(Ethernet)、无线以太网(wireless Ethernet)、蓝牙(Bluetooth)、TCP/IP、UDP、Http、FTP、SNMP、SMS、MMS、SS7、 Json、Soap及Corba。为了确保数据传输是安全的，计算机系统102、104和 106可以使用包括其他安全技术中的TLS、SSL或VPN在内的各种安全措施经由通信网络108传输数据。尽管分布式计算机系统100示出了三个联网的计算机系统，但是分布式计算机系统100可以包括使用任何介质和通信协议联网的任何数量的计算机系统和计算设备。
根据本实施例的各个态样及功能可以被实现为在包括图1所示的计算机系统102的一个或多个计算机系统中执行的专用硬件或软件。如图所示，计算机系统102包括处理器110、存储器112、总线114、界面116以及存储系统118。所述处理器110可执行一系列指令，这些指令使得数据被操纵。所述处理器110是可购买的处理器，例如Intel Pentium、MotorolaPowerPC、SGI MIPS、Sun UltraSPARC或Hewlett-Packard PA-RISC处理器，但可以是任何类型的处理器、多处理器、微处理器，或控制器，因为其他许多处理器和控制器都可用。所述处理器110通过所述总线114连接到其他系统元件，包括一个或多个存储器112。
存储器112可以用于在计算机系统102的操作期间存储程序及数据。因此，所述存储器112可以是相对高性能的、易失性的、随机存取的存储器，如动态随机存取存储器(DRAM)或静态存储器(SRAM)。然而，所述存储器112 可以包括用于存储数据的任何设备，如磁盘驱动器或其他非易失性、非暂时性的存储设备。根据本发明的各种实施例可以将存储器112组织为特定的并且在某些情况下为独特的结构，以执行本发明的多个态样及功能。
计算机系统102的组件可以通过如总线114之类的互连元件耦合。所述总线114可以包括一个或多个物理总线，例如，集成在同一机器内的组件之间的总线，但是可以包括系统元件之间的任何通信耦合，包括专用或标准计算总线技术，例如IDE、SCSI、PCI以及InfiniBand。因此，所述总线114 使通信，例如数据及指令，能够在计算机系统102的系统组件之间交换。
所述计算机系统102还包括一个或多个界面116，例如输入设备、输出设备以及组合输入/输出设备。所述界面可以接收输入或提供输出。更特别地，输出设备可以呈现信息以用于外部呈现。所述界面116可以包括例如一个或多个图形用户界面，可以被布置为与计算机系统102的其他组件接近或分离。例如，可以通过访问来自所述存储器112的信息的网络浏览器来显示计算机系统102的图形用户界面。输入设备可以接受来自外部来源的信息。所述界面的示例包括键盘、鼠标设备、轨迹球、麦克风、触摸屏、打印设备、显示屏、扬声器、网络界面卡等。所述界面允许计算机系统102交换信息并与诸如用户和其他系统的外部实体通信。
所述存储系统118可以包括计算机可读和可写的、非易失性、非暂时性的存储介质，其中存储多个指令，所述多个指令定义要由处理器执行的程序。要由处理器执行的程序可以使处理器100或计算机系统102执行本文所揭露的方法的任何一个或多个实施例。所述存储系统118还可以包括记录在介质上或介质中的信息，而且所述信息可以由程序处理。更具体地，信息可以被存储在一种或多种数据结构中，所述数据结构被特别配置为节省存储空间或提高数据交换性能。所述多个指令可以被持久地存储为编码信号，并且所述多个指令可以使处理器执行本文所述的任何功能。所述介质可以例如是光盘、磁盘或闪存。在操作中，处理器或其他控制器可能会使数据从非易失性记录介质中读取到另一个存储器中，例如存储器112，与包括在存储系统118中的存储介质相比，它允许处理器更快地访问信息。存储器可以位于存储系统 118中或存储器112中，但是，所述处理器110可以操纵存储器112内的数据，然后可以在处理完成之后将数据复制到与存储系统118相关联的介质上。各种组件可以管理介质和集成电路存储元件之间的数据移动，并且当前描述的实施例不限于此。此外，实施例不限于特定的存储器系统或数据存储系统。所述存储器112或存储系统118的部分可以与计算机系统102的其他组件包括在同一计算机系统中，或者可以驻留在可通过互联网或其他通信系统或协议访问的基于云的系统中。
尽管通过示例的方式将计算机系统102示为可以在其上实践根据本实施例的各个态样及功能的一种计算机系统，但是目前公开的实施例的任何态样不限于在计算机系统上实现，如图1所示。可以在具有与图1所示的架构或组件不同的架构或组件的一台或多台计算机上实践根据当前公开的实施例的各个态样及功能。例如，所述计算机系统102可以包括专门编程的、专用硬件，例如，经调整以执行本文所公开的特定操作的专用集成电路(ASIC)。尽管另一实施例可以使用运行带有Motorola PowerPC处理器的MAC OS System X的几个通用计算设备，以及运行专有硬件和操作系统的几个专用计算设备来执行相同的功能。
计算机系统102可以是包括操作系统的计算机系统，所述操作系统管理计算机系统102中包括的至少一部分硬件元件。通常，处理器或控制器，例如处理器110，执行的操作系统可能是，例如可以从Microsoft Corporation获得的基于微软(Windows)的操作系统，如Windows NT，Windows 2000(Windows ME)，Windows XP或Windows Vista操作系统，可以从苹果电脑(Apple Computer)获得的MAC OS System X操作系统，许多基于Linux的操作系统发行版之一，例如，可以从Red Hat Inc.获得的Enterprise Linux操作系统，可以从SunMicrosystems获得的Solaris操作系统，或者可以从各种来源获得的UNIX操作系统。可以使用许多其他操作系统，并且实施例不限于任何特定的实现。
处理器和操作系统一起定义了计算机平台，可以为所述计算机平台编写高级编程语言的应用程序。这些组件的应用程序可以是可执行的，中间的，例如C-，字节码或解释后的代码，它们可以使用通信协议，例如TCP/IP，在通信网络上进行通信，例如互联网。类似地，可以使用如.Net，SmallTalk， Java，C++，Ada或C#(C-Sharp)的面向对象(object-oriented)的编程语言来实现根据目前公开的实施例的态样。也可以使用其他面向对象的编程语言。或者，可以使用功能、脚本或逻辑编程语言。
另外，可以在非编程环境中实现根据目前公开的实施例的各个态样和功能，例如，以HTML，XML或其他格式创建的文档，这些文档在浏览器程序的窗口中查看时，呈现图形用户界面的各个方面或执行其他功能。此外，根据本发明的各种实施例可以被实现为编程的或未编程的元件或其任何组合。例如，网页可以使用HTML来实现，而从网页内调用的数据对象可以用C++ 编写。因此，目前公开的实施例不限于特定的编程语言，并且也可以使用任何合适的编程语言。
实施例中包括的计算机系统可以执行目前公开的实施例的范围之外的附加功能。例如，可以使用现有的商业产品来实现系统的各个态样，例如，数据库管理系统，如可从华盛顿州西雅图市的Microsoft获得的SQL Server，可从加利福尼亚州的Redwood Shores的Oracle获得的Oracle Database以及可从Oracle的子公司MySQL AB获得的MySQL，或集成软件，如来自纽约州 Armonk的IBM的Web Sphere中介软件。然而，运行例如SQL Server的计算机系统可能能够支持根据目前公开的实施例的两个态样以及用于各种应用的数据库。
示例系统架构
图2呈现了包括分布式系统200的物理及逻辑元素的背景图。如图所示，根据目前公开的实施例对分布式系统200进行特殊配置。关于图2叙述的系统结构和内容仅出于示例性目的，并不旨在将实施例限制为图2所示的特定结构。对于本领域的普通技术人员将显而易见的是，在不脱离当前公开的实施例的范围的情况下，可以构造许多变型的系统结构。选择图2中呈现的特定安排是为了提高清晰度。
信息可以使用任何技术在图2所示的元素、组件和子系统之间流动。此类技术包括，例如通过TCP/IP在网络上传递信息，在内存中的模块之间传递信息以及通过写入文件，数据库或某个其他非易失性存储设备来传递信息。在不背离目前公开的实施例的范围的情况下，可以使用其他技术和协议。
参照图2，系统200包括用户202、界面204、IT室设计及管理系统206、通信网络208以及IT室数据库210。所述系统200可以允许如IT室架构师或其他IT室人员之类的用户202与界面204互动，以创建或修改一个或多个 IT室配置的模型。所述系统200可以允许用户202与界面204互动，以查看本文所公开的模型的实施例的结果的图形显示。根据一实施例，界面204可以包括如在专利合作条约申请第PCT/US08/63675号，在2008年5月15日提交且标题为“用于管理设施电源和冷却的方法及系统”，所公开的楼层编辑器和机架编辑器的多个态样，全部内容通过引用并入本文，以下称为 PCT/US08/63675。在其他实施例中，可以利用专用设施来实现界面204，所述专用设施使用户202能够以拖放的方式设计包括IT室或其任何子集的物理布局的表示的模型。所述布局可以包括IT室结构组件以及IT室设备的表示。可以在根据本发明的各种实施例中发现的界面204的特征在下面进一步讨论。在至少一实施例中，关于IT室的信息通过界面经由手动数据输入及/或通过访问来自IT室中存在的一个或多个传感器的数据而输入到系统200中，并且向用户提供有关IT室的评估和建议。此外，在至少一实施例中，可执行优化过程，以优化IT室的制冷性能和能量使用。
如图2所示，IT室设计及管理系统206向用户202呈现数据设计界面204。根据一实施例，IT室设计及管理系统206可以包括如PCT/US08/63675中所公开的IT室设计及管理系统。在所述实施例中，设计界面204可以结合包括在PCT/US08/63675中的输入模块、显示模块及构建器模块的功能，并且可以使用数据库模块来存储和检索数据。
如所说明的，IT室设计及管理系统206可以通过网络208与IT室数据库210交换信息。所述信息可以包括支持IT室设计及管理系统206的特征和功能所需的任何信息。例如，在一实施例中，IT室数据库210可以包括存储在PCT/US08/63675中描述的IT室设备数据库中的数据的至少某些部分。在另一实施例中，所述信息可以包括支持所述界面204所需的任何信息，例如，除其他数据外，一个或多个IT室模型配置的物理布局，模型配置中包括的制冷提供者的生产和分配特性，模型配置中的制冷消耗者的消耗特性以及清单设备的机架以及冷却提供者将包含在群集中。
在一实施例中，IT室数据库210可以存储冷却提供者的类型，由每种类型的冷却提供者提供的冷空气的量，以及由冷却提供者提供的冷空气的温度。因此，如IT室数据库210包括特定类型的计算机室空调(computer room air conditioning,CRAC)单元的记录，所述计算机室空调(CRAC)的额定功率为在华氏68度下以每分钟5600立方英尺(cfm)的速度输送气流。另外，IT室数据库210可以存储一个或多个冷却度量，例如CRAC的入口和出口温度以及一个或多个设备机架的入口和排气温度。温度可以被周期性地测量并且输入到系统中，或者在其他实施例中，可以使用耦合到系统200的设备来连续地监视温度。
IT室数据库210可以采取能够在计算机可读介质上存储信息的任何逻辑构造的形式，除其他结构外，还包括平面文件、索引文件、层次数据库、关系数据库或面向对象的数据库。可以使用唯一和外键关系和索引来对数据建模。可以在各个字段和表之间建立唯一和外键关系和索引，以确保数据完整性和数据交换性能。
图2所示的计算机系统包括IT室设计及管理系统206、网络208以及IT 室设备数据库210，每个可以包括一个或多个计算机系统。如以上关于图1 所讨论的，计算机系统可以具有一个或多个处理器或控制器、存储器以及界面。图2中所描绘的系统200的特定配置包括以下内容，仅用于说明目的，并且本发明的实施例可以在其他上下文中实践。因此，本发明的实施例不限于特定数量的用户或系统。
本文所公开的多个态样及实施例包括紧闭型机架模型，其提供明确详细的模型的能力和黑盒模型的计算效率。所提出的模型理想化了机架内部气流，使其符合定义明确的流体网络拓扑。它可以预测IT设备的入口温度(取决于内部机架的再循环)以及压力驱动的泄漏气流。因此，它可以对例如封闭式及非封闭式架构、机架下电缆切口以及吊顶式机架(带有密封后门)的影响进行建模。
所述模型高效且强大，因为它不需要在大型IT室CFD模拟中显式地对小型特征进行建模，而相对于最简单的黑盒模型却不会显着增加计算成本。它具有高精度的潜力，因为直接从实验测量中获得内部机架的流体阻力，并且输入可以针对任何机架数量或应用进行定制。
IT室为IT设备提供电源、冷却以及网络连接，而这几乎是在机架规模上普遍实现的。IT入口温度是评估冷却性能的主要指标，并且是机架外部及内部气流模式的函数。因此，机架是构建IT室CFD模型的重要构件。
迄今为止，还没有一种统一的标准方法可以代表所有应用程序和仿真目标的机架。现有模型可以大致分为“黑盒(black box)”或“细节(detailed)”。对于后者，内部细节由CFD明确建模。与前者相比，与内部细节相关的计算将分别进行处理，而数据则作为机架外围的边界条件传入/传出CFD模型或从中传出。黑盒模型可促进快速且强大的CFD仿真；通过消除解决小规模几何细节的需求，可以在整个IT室CFD模型中采用更大，更统一的网格单元。但是，黑盒模型的简化版本假定固定的气流边界而忽略了机架内部的气流，因此只能预测机架(相对于单个IT设备)的入口温度，而不能表现为真实的机架，例如，当机架的面因封闭而受到压力时。理论上，细节的模型可以处理所有应用程序；然而，所需的大量网格单元大幅增加了解算时间。
现有紧密机架模型的主要局限性在于它们无法预测IT设备的温度(通过考虑内部再循环)或模型场景，例如机架下方的安全壳或电缆切口，其中外部压力差会驱动大量气流通过机架。除了机架之外，IT设备本身还提供了泄漏气流的其他路径。
本文所公开的多个态样和实施例包括一紧闭模型，所述模型保留了IT 设备和风扇曲线的垂直分辨率，并进一步考虑了压力驱动的泄漏流：在机架的后部及顶部之间以及机架的后部及底部之间与IT设备的气流平行。所述模型从母体CFD模型获取压力和温度(用于“流入”)，并将IT入口温度以及气流(速度)和温度(对于“流出”)边界条件返回给母体CFD模型。所述模型可以内置到特定于数据中心的CFD工具中，也可以由通用工具的用户访问用户定义的功能来实现。
IT机架气流特征
IT室IT设备(例如，服务器、内存驱动器、通信界面、用户界面等)通常堆叠在机架中，如图3所示。主要在于从其前部吸入冷空气，并从其后部提供温暖的废气。IT设备的前部与安装平面对齐，并且最佳实践建议用空面板密封空置的安装位置，以限制空气再循环。所述机架的前门和后门都开有较大的开孔百分比(例如约69％)。所述机架的顶部通常会从故意打孔的部分和/ 或未密封的电缆开口处泄漏出明显的路径。由于机架框架和地板之间的间隙和/或由于机架下方的电缆切口而导致来自地板通风室的气流，机架的底部通常会开放一定的气流。
本文所公开的模型的一第一实施例说明了某些概念，并为本文进一步讨论的实验测量的流动阻力提供了背景。图4显示了在热通道密闭实施中配置的单个机架。泄漏流是连接在机架的前部及后部，机架的后部和顶部以及机架的后部和底部的路径的理想选择。气流速度QF,QR,QT和QB分别通过前部、后部、顶部及底部流网节点。所有节点压力均等于周围(外部)压力，其中假定室的参考压力为零(除非另有说明，否则本文所指压力为表压(gaugepressures)–高于或低于大气压的压力)。前气流Qf在外部空气温度进入机架，然后在相应节点温度离开其他面，这取决于内部机架的详细信息。所述节点通过前部至后部αFR，后部至顶部αRT以及后部至底部αRB阻力连接，这些阻力假定为恒定且遵循以下关系：
ΔP＝αQ2 (1)
其中ΔP是流阻α上的压降。公式1适用于IT机架实施中通用的高雷诺数 (high-Reynolds-number)流体。IT气流QIT，在本文中也称为IT设备气流参数，可以是固定的或可变的，例如取决于机架的不同面上的压降。IT设备气流参数QIT可以与通过机架或通过机架内的IT设备的各个项目的气流相关联，所述气流是由机架内的IT设备的一个或多个项目所包括的或与之相关联的一个或多个风扇产生的。IT设备气流QIT由功耗加热，功耗可以是手动输入的参数，也可以是CFD模型或本领域已知的其他模型计算出的参数。
如图4所示，对泄漏气流的阻力取决于气流通过机架所经过的路径。例如，当机架由IT设备和/或盲板完全填充时，前后阻力相对较大。由于机架的顶部相对漏气，因此从后部到顶部的阻力相对较低(由于这个原因，冷通道密闭的压力通常比相应的热通道密闭的压力大)。
进行实验测量以确定类似图4的配置的机架耐漏阻力。单个热通道控制柜由两排四个机架组成，每个机架的宽度W0＝600毫米(2英尺)×深度D0＝ 1070毫米(3.5英尺)×高度H0＝1990毫米(6.5英尺)。放置在硬地板上的机架中装有服务器模拟器(已“关闭”并密封以防气流)和1-U盲板的混合。在所述机架的顶部及底部“打开”或“阻挡”的不同组合下，以几种总体热通道泄漏流量测量热通道和周围室之间的压力差。前部后部阻力、后部顶部阻力以及后部底部阻力，由对实验数据的最佳整体拟合确定。表1汇整了测得的数据，并允许计算任意宽度W，高度H或深度D的机架(或机架的水平“切片(slices)”)的αFR、αRT及αRB。请注意，此缩放比例基于垂直于流向的面积以及以下事实：并联阻抗(对于ΔP～Q2)的等效阻抗αeq为：
尽管αRT和αRB的表达以逻辑方式进一步扩展了这些假设，在这些情况下，垂直于流动方向的区域从后部(宽度和高度的乘积)到顶部或底部(宽度和深度的乘积)变化。
表1.实验测量的机架阻抗
在其他实施例中，可以针对特定实施方式分别测量αFR，αRT或αRB中的任何一个或多个，并且可以手动输入到本文公开的模型的实施例中，或者可以从特定实现的CFD模型或通过本领域已知的其他建模技术针对特定实现来计算。
通用紧闭机架模型
内部机架气流的简单理想化可以扩展到图5所示的通用模型。为了清楚起见，仅描绘了穿过机架的三个水平切片；但是，可以采用任何数量的切片来最好地模拟IT设备总体并与母体CFD模型进行互动。所述机架和CFD模型仅通过位于机架面上的流体网络节点进行界面。每个机架面节点都可以视为“开放”(与空气接触–主要室内空气、地板通风室、密闭区内部等)或“被阻挡”(与固体物体接触)。节点与机架外围上的特定区域相关联，所述区域通常包括多个CFD网格单元。气流均匀分布；压力及温度取为单个值，在适当的情况下从CFD取平均值。可以使用其他节点；但是，考虑到模型的复杂性，实际的机架/气流物理特性和建模目标，由单个节点代表顶部、底部、(切片)前部以及(切片)后部是一种实际选择。
计算气流
任何机架面节点都可以视为“开放”或“阻挡”；但是，显然可以同时阻挡的节点数量受到限制。
所述压力等于来自“开放”节点的CFD模型的外部压力，并由机架模型针对“阻挡”节点明确计算得出。每个前后节点i通过空气流动阻力连接。每个后节点i还分别通过气流阻力/>和/>连接到顶部节点和底部节点另外，每个前节点和后节点i通过前部及后部阻力/>和/>在顶部和底部(如果存在)连接到其立即的邻近对象。可以根据需要指定各种气流阻力值，以最好地代表给定的机架数量；但是，应选择/>和/>以使它们的并联等效阻力与总体机架阻力一致，例如，如图4所示由单切片模型理想化。在一些实施例中，可以针对特定实施方式测量各种气流阻力值，并将其手动输入到本文公开的模型的实施方式中，或者可以根据特定实施方式的CFD模型为特定实施方式计算各种气流阻力值，或者通过本领域已知的其他建模技术。对于完全由IT设备和/或盲板填充的机架，可以合理地假设每个切片i的所有/>和/>值都相同。要注意的是，通过指定H.的每切片值，表1中的表达式可用于计算每切片的气流阻力。例如，H＝H0/2切片模型α值是相应的全机架值的四倍。
所述IT设备的气流被进一步概括为包括风扇曲线。这可以是任意的气流压力关系。但是，可以将一个简单的线性模型定义为：
其中Q0是开放流量，Pstag是停滞压力，ΔP是IT设备上的压降。
当被固体物体阻挡时，可以根据流入以及流出节点的气流的平衡来计算节点处的压力。例如，如果图5中的后节点3(右上)被阻塞，则可以使用以下公式：
在这里，我们假设IT设备的风扇呈线性曲线，并且使用Sign函数来建立相对于假定惯例的正确气流方向。如果多个节点被阻挡，则可以针对压力值解算此类非线性方程式的系统。另一种选择是线性化ΔP～Q2关系；非线性可以嵌入到阻力值中，所述阻力值可以随着CFD模拟的进行作为节点压力的函数进行迭代更新。一旦知道了所有压力(直接从外部流体获得)或针对阻挡节点进行了计算，就可以从公式1确定气流。
计算温度
一旦知道所有网络气流，就可以根据每个节点的能量平衡确定温度。假定气流的温度等于其上风节点的温度。继续上面的示例，其中图5的后部节点3被阻挡，稳态能量平衡导致：
其中
以及
在公式5至7中，是流入(流出)节点3的总流量，/>是切片3中IT 设备上的稳态温度升高，ρ和cp分别是空气的密度和比热。Max和Min函数用于将不需要的项归零，以符合迎风方法和气流方向符号约定。节点温度彼此依赖，并且可以作为方程组进行计算。幸运的是，这些方程是线性的，可以通过几次高斯-赛德尔迭代(Gauss-Seidel iterations)或其他几种线性方程-解算方法中的任何一种以公式5的形式解算。
上面讨论的后部节点3的示例可以包括公式5中的稳态项的修改，以包括热质量的影响。可以使用的附加输入是热效率/>和热容/>前者的特征是IT设备与通过它的气流之间的热传递，而后者只是IT设备的质量和比热的乘积。最后，将母体CFD时间步长Δt用作附加输入，并将IT设备(固体物质)温度/>添加到机架模型计算的变量列表中。
简化机架模型
通用模型可以如图5所示实现，并且可以按基本用于所有实际IT室应用的描述进行使用。它可以处理机架的多个面上的压力的一般变化，并且一个或多个节点可能会阻塞气流。但是，考虑为IT室CFD模拟考虑稍微简化的版本可能会有实际的动机。首先，在一些实施方式中，气流阻力和/>可能没有被很好地表征。其次，如果可以避免解算非线性压力方程，则机架模型计算会更快，更健壮且更易于实现-当一个或多个前部节点或后部节点被阻挡时，就会出现这种情况。幸运的是，可以处理大多数实际的数据中心应用程序，而无需充分表征/>和/>的值，也不需要直接解算非线性压力方程或至少解算非线性压力方程组。
简化模型的假设是，机架的前部是完全打开的，而顶部、底部和后部可能是完全(但不是部分)打开或阻挡的。由于不能在无约束空气中维持明显的压力差，因此可以假定平均外部正面压力作用于所有前部节点。通过对后部的类似推理，简化模型可以如图6A和6B所示。在机架的后部打开的情况下(图6A)，所述机架的后部处于外部平均压力在所述机架的后部被阻挡的情况下(图6B)，后部的面压力处于/>的平均内部压力下。在这两种情况下，可以从模型中完全省略阻力/>和/>此外，如果顶部或底部节点被阻挡，则所有对应的阻力/>和/>也可以全部省略。因为即使后部节点可以(间接)相互连接，也没有压力差来驱动气流。从纯粹的气流和压力的角度来看，简化模型的流动网络可以进一步简化为类似于图4的单层等效结构。但是，将单个切片保留在简化模型中以解决垂直方向上的温度变化。
当机架的后部完全被阻挡时(图6B)，例如，通过壁挂或机架的后部有意密封起来，以实现吊顶式实施，单个后部压力可以从类似于公式4的单个方程式确定(没有后部节点到顶部节点)。这个单一方程式虽然是非线性的，但仍可以通过许多众所周知的寻根技术在数值上解算。但是，如果假定IT 气流为恒定的QIT，并且机架的顶部或底部是密封的，或者两个面都在相同的外部压力下打开，则/>的公式可以简化为分析解算。例如，在最受阻挡的情况下，压力方程式简化为：
其中αFR和αRT分别是整体等效的前部至后部的气流阻力以及后部至顶部的气流阻力，并且顶部压力记为因为在这种情况下顶部是敞开的。公式8的分析解算如下：
/>
其中β＝αFR/αRT。公式8A至8C可以评估为那么“正确”值就是满足相应压力条件的值。物理上，公式8A可对应于例如其后部紧靠墙壁而其前部和顶部处于室温下的机架。公式8B可以例如对应于机架，所述机架的后部被有意地密封并且其顶部在相对于室温的真空下被输送到顶部通风系统。公式8C不实际，因为它表示一个加压的顶面，所有IT排气流都再循环回到机架的前部。
对于更简单但仍可行的方案，在所述方案中，机架前部和顶部的压力均等于室内压力则分析解算可简化为：
在这种情况下，只是与并行通过前部至后部的阻力以及后部至顶部的阻力的QIT相关的压降的大小。
数据显示
在各个实施例中，本文所公开的模型的结果可以由包括至少一机架和冷却提供者的IT室内部或整个IT室内的一个或多个温度梯度或气流向量及/ 或速度的显示形式提供给用户。另外或可替代地，可以基于本文所公开的模型的实施例的结果，在图形用户界面中向用户显示IT室内或整个IT室内的空气压力，空气温度及/或气流速度中的一个或多个。可以在与执行与模型相关联的计算的系统相关联的图形用户界面中提供显示，例如在图1的计算机系统102的界面116中。附加或替代地，执行与模型相关联的计算的系统可以将模型的结果输出到单独的计算机系统，例如，基于云的计算机系统。单独的计算机系统可以产生模型结果的显示，例如IT室内部或整个IT室中的一个或多个温度梯度或气流向量和/或速度，包括至少一个机架和冷却装置，并通过与Web浏览器关联的图形用户界面或其他单独的图形用户界面使这些显示对用户可用。在图8A至图10中显示根据本文所公开的系统和方法的实施例，可以产生和显示的不同显示的非限制性示例。如下所述，图8A及图8B在小IT室的侧视图中说明了气流向量和压力，所述IT室具有一个计算机房空气处理机、一个机架和一个放在高架地板上的穿孔砖。图9A及图 9B显示一排机架的俯视图，其中示出了每个机架的冷却评估结果，并且其省略了气流向量(图9A)或包括气流向量(图9B)。图10是IT室的等轴视图，包括设备机架之间的冷通道中穿过室的“切片(slice)”的温度梯度以及每个机架的冷却评估结果。
建模注意事项
要注意的是，表1中提供的阻力值严格仅适用于指定条件下的特定机架结构-IT设备的全部数量/空白面板和机架下面的硬地板。此外，在硬地板的情况下，希望将底部的泄漏阻力与顶部的泄漏阻力合并在一起(假设两者在大约相同的外部压力下)避免必须在CFD模型中显式地模拟机架下方小空间中的气流。如果是在机架下方有电缆开口的高架通风室，则可以通过详细的 CFD模型或其他实验测量来估算从后到下的气流阻力。
还可以选择各种前部至后部气流阻力来模拟特定的IT和空白面板总体。可能需要在CFD模型中显式建模较大的间隙(空白面板缺失)，并且在某些应用中可能使用混合选项。
机架级别示例
为了帮助开发和测试通用机架模型，开发了一个独立工具，可以执行所有稳态紧闭机架模型计算。用户提供的输入包括外部压力和温度以及各种气流阻力值和IT设备特性。主要输出是机架气流速度、流出温度以及IT设备入口温度。所述模型还可以计算节点压力和内部机架气流。图7的详细数值示例进一步说明了上面讨论的概念。在此示例中，假定顶部至后部的节点以及底部节点被阻挡。例如，由于冷通道的封闭，机架的前部被加压到4帕(Pa)，而顶部及底部至二后部的节点在0Pa的室内压力下处于打开状态。
机架尺寸以及各个前部至后部的阻力以及后部至顶部的阻抗均假定与表 1的参考值一致：前部及后部气流阻力(任意)假定为/>假定空气的密度和比热分别为ρ＝1.19kg/m3 and cp＝1,005J/(kg℃)。
由于顶部及底部节点均受阻挡，因此可以通过类似于公式4的气流平衡来计算这些压力。在已知所有压力的情况下，可以根据公式1计算气流。最后，通过类似于公式5的一组线性方程式来解算节点温度。要注意的是，在此示例中，由于机架前部受压，因此IT入口温度等于外部温度。流入或流出每个节点的所有气流和能量的总和为零。
CFD-实施的示例
上面讨论的紧闭机架模型的简化版本内置在特定于IT室的CFD应用程序中。CFD解算器基于快速流体动力学(Fast Fluid Dynamics,FFD)算法。以下示例演示了机架模型生成正确的安全带压力的能力。
图8A和图8B显示小型IT室的侧视图，所述小型IT室具有一个计算机室空气处理器(Computer Room Air Handler,CRAH)、一个机架及一个置于活动地板上的穿孔砖。所述室还包括一个完全密封的封闭结构，所述结构位于穿孔地板砖的上方。CRAH的固定气流率为1,000cfm(1,700立方米/小时)，而机架IT气流为500cfm(850立方米/小时)。同样地，假设机架的防漏特性和尺寸与表1的参考值一致。假定高架地板是完全密封的，并且25％的开放区域瓷砖的流动阻力为αT＝184Pa/(m3/s)2。
通过简单的流动网络模型计算，可以轻松地验证此示例中三个不同区域中的压力。但是，所述示例的主要价值是演示机架模型的实用性。它可以用于封闭式和非封闭式应用中，并且添加封闭性(甚至是完全密封的封闭性)不会对CFD模型造成质量平衡问题。相反，在图8A和图8B的示例中，冷通道的压力只是简单地“浮动(floats)”到维持流量平衡所需的水平。
在以上实施例中，提供了可以确定IT室内以及IT室内的机架内的相关温度和空气流量的过程和系统。通过使用系统和方法的结果来更改设备的实际布局和/或容量或设备的建议布局和/或容量，所述系统和方法可用于提供 IT室的优化设计。在上述过程中，可以确定与IT室冷却有关的值，包括气流和温度。在至少一些实施例中，所确定的值是对将在具有模型化参数的IT 室中发生的实际值的预测。在本发明的至少一个实施例的方法中，在成功地对IT室中的集群进行建模之后，模型的结果可以用作系统的一部分，以根据设计的布局订购设备、运输设备并在IT室中安装设备。
在本文所述的至少一些实施例中，将气室中的气流描述为由CRAC产生。本文描述的系统及方法可以与增压室内的其他类型的空气源一起使用，包括其他类型的冷却装置和风扇。
在本文讨论的本发明的至少一些实施例中，实时的评估和计算的执行是指在几秒钟或更短的时间内完成的过程，而不是复杂计算可能发生的几分钟或更长时间。例如涉及通用CFD模型计算的那些例子。
在上述至少一些实施例中，基于预测的温度和/或气流来改变IT室的设计和/或IT室中的实际参数。例如，IT室设计及管理系统的用户可以更改IT 机房中设备的实际布局或建议的设备布局中使用的冷却器的位置或冷却器的类型。当发现性能在预定规格内时，可以实施这些改变以改善冷却性能及/ 或可以实施以提供成本及/或功率节省。此外，基于确定的气流值，根据一实施例的数据管理系统可以控制一个或多个CRAC以调节气流，另外，如果气流不足以提供足够的冷却，则可以控制一个或多个设备机架以减少功率。
基于本文所公开的模型的实施例的输出，可以调节IT室的冷却和/或加热系统的一个或多个参数，例如，在IT室中和/或在IT室中的单个IT机架或IT设备中获得更理想的气流和/或温度分布。附加或替代地，有助于加热 IT室中IT设备的参数，例如，可以基于本文所公开的模型的实施例的输出来调整分配给不同IT设备的计算负荷，在IT室中和/或在IT室中的单个IT 机架或IT设备中获得更理想的气流和/或温度分布。这些调整可以由实现模型各方面的计算机系统自动执行，也可以由从实现模型的另一计算机系统接收模型输出的计算机系统自动执行。这些调整可以附加地或替代地基于与IT 室中的空气温度、空气压力或气流速度有关的数据手动执行，例如，基于此处公开的模型的实施例的输出，在图形用户界面中向用户显示的一个或多个 IT设备机架的一个或多个面。实现本文所公开的模型的实施例的计算机系统可以提供模型的输出以供控制系统和方法，使用如在美国专利申请号第 16/617,749中所描述的，出于所有目的通过引用整体并入本文。
用于确定和显示包括IT机架的IT室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一项或多项的当前系统至少通常不能快速、准确地确定气流速度和机架空气流出温度并产生，基于输出，系统的图形用户界面中的显示说明了IT 室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一个或多个。
这是一个技术问题。用于确定并在图形用户界面中显示IT室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一项或多项的系统的示例性实施例，包括IT 机架的设备可以包括处理器，所述处理器被指示接收包括通过机架的气流阻力参数、IT设备气流参数、散热参数、外部压力和外部温度的输入。散热参数可以与IT设备气流参数相关联，并且IT设备气流参数可以与提供通过机架的气流的至少一个风扇相关联。可以指示处理器通过流体网络解算器运行输入，该流体网络解算器基于输入来解算机架气流速率和机架空气流出温度，并提供包括机架气流速率和机架空气流出温度的输出。可以指示处理器基于输出在图形用户界面中产生显示，所述显示示出IT室中的空气温度、空气压力或气流速度之一。至少上述特征的组合包括一种用于确定和显示IT室中空气温度、空气压力或气流速度中的一个或多个的系统，所述系统包括IT机架，所述IT机架用作上述技术问题的技术解决方案。所述技术解决方案不是常规的并且是非常规的。所述技术方案是计算机辅助设计系统的实际应用，解决了上述技术问题，构成了IT室计算机辅助设计应用软件设计技术领域的改进。至少通过促进包括IT机架的IT室中空气温度、空气压力或气流速度的显示更快、更准确。
用于确定和显示包括IT机架的IT室中的空气温度，空气压力或气流速度中的一项或多项的目前系统至少通常不能快速、准确地确定气流速度和机架空气流出温度及产生，基于输出，所述系统的图形用户界面中的显示说明了IT室中的空气温度，空气压力或气流速度中的一个或多个。这是一个技术问题。用于确定和显示IT室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一个或多个的系统的示例性实施例，包括IT机架可以包括处理器，所述处理器被指示接收输入，所述输入包括机架的前部及后部之间的气流阻力，所述机架的后部和顶部之间的气流阻力，所述机架的后部和底部之间的气流阻力，与至少一个通过机架提供气流的风扇相关联的IT设备气流参数、与IT设备气流参数相关联的散热参数、外部压力和外部温度。可以指示处理器通过流体网络解算器运行输入，所述流体网络解算器基于输入来解算机架气流速率和机架空气流出温度，并提供包括机架气流速率和机架空气流出温度的输出。可以指示所述处理器基于输出在图形用户界面中产生显示，所述显示示出IT 室中的空气温度、空气压力或气流速度之一。至少所述特征的前述组合包括一种用于确定和显示图形IT室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一个或多个的系统，所述图形IT室包括用作上述技术问题的技术解决方案的IT 机架。所述技术解决方案不是常规的并且是非常规的。所述技术方案是解决上述技术问题的计算机辅助设计系统的实际应用，至少通过促进包括IT机架的图形IT室中空气温度、空气压力或气流速度的更快、更准确的显示，对IT室计算机辅助设计应用程序的软件设计技术领域进行了改进。
在上述至少一些实施例中，提供了用于确定IT室中的温度和气流的工具和过程。在其他实施例中，这些工具和过程可以用在其他类型的设施中，也可以用在移动应用程序中，包括移动IT室。此外，根据本文描述的实施例的过程和系统可以用在顶部空气室和其他类型的空气室中。
命名法
cp 比热容
C 热容
D 深度，机架
H 高度，机架或切片
Pstag 压力，停滞
P 压力
压力，平均
散热率
Q 体积流量
Qin 体积流量，进入节点
Q0 体积流量，开放流量
T 温度
W 宽度，机架
α 流动阻力
β 流动阻力比,αFR/αRT
ΔP 压力差
Δt 时间步长
ε 热效率
ρ 密度
下标
0 参考尺寸
B 底部
F 前部
FR 前部至后部
IT IT设备
R 后部
RB 后部至底部
RT 后部至頂部
T 頂部
下标
ext 外部(至机架模型)
i 切片索引
i,j i至j
因此，已经描述了本发明至少一个实施例的几个态样，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这样的改变、修改及改进旨在作为本公开的一部分，并且旨在落入本发明的精神和范围内。因此，前表面的描述和附图仅作为示例。

Claims (28)

1.一种系统，用于在一图形用户界面中确定及显示在包含有信息技术IT设备的机架的一IT室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一项或多项，其特征在于：所述系统包括：
一处理器，配置为：
接收一输入，所述输入包含通过所述机架的气流阻力参数、一IT设备气流参数、一散热参数、一外部压力以及一外部温度，所述气流阻力参数包含：在所述机架的一前部以及一后部之间的气流阻力；在所述机架的所述后部以及一顶部之间的气流阻力；以及在所述机架的所述后部以及一底部之间的气流阻力，其中：
所述散热参数与所述IT设备气流参数相关联；以及
所述IT设备气流参数与至少一风扇相关联，所述至少一风扇与在所述机架中的IT设备相关联而且提供气流通过所述IT设备；
通过一流体网络解算器运行所述输入，所述流体网络解算器根据所述输入来解算通过所述机架的至少一个面的气流速度以及所述机架的多个部分的多个机架气流速率和多个机架空气流出温度；
提供一输出，所述输出包含所述多个机架气流速率以及所述多个机架空气流出温度；以及
根据所述输出在一图形用户界面中产生一显示，所述显示说明在所述IT室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一项或多项。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述处理器还被配置为：将所述多个机架气流速率以及所述多个机架空气流出温度输出至一计算流体动力学模型，并且利用所述计算流体动力学模型计算整个IT室的温度及气流。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于：所述处理器还被配置为：如果所述多个机架空气流出温度不足以为所述机架中的设备提供足够的冷却，则控制一台或多台计算机室空调以调节所述IT室中的气流，或者控制容纳在所述机架中的一种或多种设备来降低功率。
4.一种非暂时性计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令序列，所述计算机可执行指令序列用于在一图形用户界面中确定及显示在包含有设备的机架的一信息技术IT室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一项或多项，其特征在于：所述计算机可执行指令序列包含使至少一处理器执行的多个指令：
接收一输入，所述输入包含通过所述机架的气流阻力参数、一IT设备气流参数、一散热参数、一外部压力以及一外部温度，所述气流阻力参数包含：在所述机架的一前部以及一后部之间的气流阻力；在所述机架的所述后部以及一顶部之间的气流阻力；以及在所述机架的所述后部以及一底部之间的气流阻力，其中：
所述散热参数与所述IT设备气流参数相关联；以及
所述IT设备气流参数与至少一风扇相关联，所述至少一风扇提供气流通过所述IT设备；
通过一流体网络解算器运行所述输入，所述流体网络解算器根据所述输入来解算所述机架的多个部分的多个机架气流速率和多个机架空气流出温度；
提供一输出，所述输出包含所述多个机架气流速率以及所述多个机架空气流出温度；以及
根据所述输出在一图形用户界面中产生一显示，所述显示说明在所述IT室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一项或多项。
5.如权利要求4所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于：解算所述多个机架气流速率包含：解算空气通过所述机架的一前表面、所述机架的一后表面，所述机架的一顶部以及所述机架的一底部中的每一个的一气流速率。
6.如权利要求4所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于：解算所述多个机架空气流出温度包含：解算空气通过所述机架的一后表面以及所述机架的一顶部中的每一个的多个温度。
7.如权利要求6所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于：解算所述多个机架空气流出温度还包含：解算空气通过所述机架的一底部的一温度。
8.如权利要求4所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于：所述流体网络解算器在以下限制条件的其中之一的情况下解算所述机架的多个部位的所述多个机架气流速率以及所述多个机架空气流出温度：通过所述机架的顶部的气流被阻挡、通过所述机架的底部的气流被阻挡，或者在所述机架的多个部位中的每一个中通过所述机架的后部的气流被阻挡。
9.如权利要求8所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于：所述流体网络解算器仅利用在所述机架的前部的压力、在所述机架的所述顶部的压力、在所述机架的所述前部以及所述后部之间的气流阻力、在所述机架的所述后部以及所述顶部之间的气流阻力与固定气流速率作为输入变量，在通过所述机架的所述后部的气流被阻挡的限制条件下，解算在所述机架的所述后部的平均压力。
10.如权利要求9所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于：所述流体网络解算器仅利用所述机架的所述前部以及所述后部之间的气流阻力、所述机架的所述后部以及所述顶部之间的气流阻力与所述固定气流速率作为输入变量，在通过所述机架的所述后部的气流被阻挡的限制条件下，解算在所述机架的所述后部的平均压力。
11.一种方法，用于在一图形用户界面中确定及显示在包含有设备的机架的一信息技术IT室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一项或多项，其特征在于：所述方法包含步骤：
接收一输入，所述输入包含通过所述机架的气流阻力参数、一IT设备气流参数、一散热参数、一外部压力以及一外部温度，所述气流阻力参数包含：在所述机架的一前部以及一后部之间的气流阻力；在所述机架的所述后部以及一顶部之间的气流阻力；以及在所述机架的所述后部以及一底部之间的气流阻力，其中：
所述散热参数与所述IT设备气流参数相关联；以及
所述IT设备气流参数与至少一风扇相关联，所述至少一风扇提供气流通过所述IT设备；
通过一流体网络解算器运行所述输入，所述流体网络解算器根据所述输入来解算所述机架的多个部分的多个机架气流速率和多个机架空气流出温度；
输出所述多个机架气流速率以及所述多个机架空气流出温度；以及
根据所述多个机架气流速率以及所述多个机架空气流出温度的输出，而产生在一图形用户界面中的一显示，所述显示说明在所述IT室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一项或多项。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：解算所述多个机架气流速率包含：解算空气通过所述机架的一前表面、所述机架的一后表面，所述机架的一顶部以及所述机架的一底部中的每一个的一气流速率。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于：解算所述多个机架空气流出温度包含：解算空气通过所述机架的一后表面以及所述机架的一顶部中的每一个的多个温度。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：解算所述多个机架空气流出温度还包含：解算空气通过所述机架的一底部的一温度。
15.一种系统，用于在一图形用户界面中确定及显示在包含有信息技术IT设备的机架的一IT室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一项或多项，其特征在于：所述系统包括：
一处理器，配置为：
接收一输入，所述输入包含通过所述机架的气流阻力参数、一IT设备气流参数、一散热参数、一外部压力以及一外部温度，所述气流阻力参数包含：在所述机架的一前部以及一后部之间的气流阻力；在所述机架的所述后部以及一顶部之间的气流阻力；以及在所述机架的所述后部以及一底部之间的气流阻力，其中：
所述散热参数与所述IT设备气流参数相关联；以及
所述IT设备气流参数与至少一风扇相关联，所述至少一风扇与在所述机架中的IT设备相关联而且提供气流通过所述IT设备；以及
通过一流体网络解算器运行所述输入，所述流体网络解算器根据所述输入来解算通过所述机架的至少一个面的气流速度以及所述机架的多个部分的多个机架气流速率和多个机架空气流出温度；
提供一输出，所述输出包含所述气流速度以及所述多个机架空气流出温度。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于：所述处理器还被配置为：将所述多个机架气流速率以及所述多个机架空气流出温度输出至一计算流体动力学模型，并且利用所述计算流体动力学模型计算整个IT室的温度及气流。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于：所述处理器还被配置为：如果所述多个机架空气流出温度不足以为所述机架中的设备提供足够的冷却，则控制一台或多台计算机室空调以调节所述IT室中的气流，或者控制容纳在所述机架中的一种或多种设备来降低功率。
18.一种非暂时性计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令序列，所述计算机可执行指令序列用于在一图形用户界面中确定及显示在包含有设备的机架的一信息技术IT室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一项或多项，其特征在于：所述计算机可执行指令序列包含使至少一处理器执行的多个指令：
接收一输入，所述输入包含通过所述机架的气流阻力参数、一IT设备气流参数、一散热参数、一外部压力以及一外部温度，所述气流阻力参数包含：在所述机架的一前部以及一后部之间的气流阻力；在所述机架的所述后部以及一顶部之间的气流阻力；以及在所述机架的所述后部以及一底部之间的气流阻力，其中：
所述散热参数与所述IT设备气流参数相关联；以及
所述IT设备气流参数与至少一风扇相关联，所述至少一风扇提供气流通过所述IT设备；
通过一流体网络解算器运行所述输入，所述流体网络解算器根据所述输入来解算所述机架的多个部分的多个机架气流速率和多个机架空气流出温度；以及
提供一输出，所述输出包含所述多个机架气流速率以及所述多个机架空气流出温度。
19.如权利要求18所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于：解算所述多个机架气流速率包含：解算空气通过所述机架的一前表面、所述机架的一后表面，所述机架的一顶部以及所述机架的一底部中的每一个的一气流速率。
20.如权利要求18所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于：解算所述多个机架空气流出温度包含：解算空气通过所述机架的一后表面以及所述机架的一顶部中的每一个的多个温度。
21.如权利要求20所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于：解算所述多个机架空气流出温度还包含：解算空气通过所述机架的一底部的一温度。
22.如权利要求18所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于：所述流体网络解算器在以下限制条件的其中之一的情况下解算所述机架的多个部位的所述多个机架气流速率以及所述多个机架空气流出温度：通过所述机架的顶部的气流被阻挡、通过所述机架的底部的气流被阻挡，或者在所述机架的多个部位中的每一个中通过所述机架的后部的气流被阻挡。
23.如权利要求22所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于：所述流体网络解算器仅利用在所述机架的前部的压力、在所述机架的所述顶部的压力、在所述机架的所述前部以及所述后部之间的气流阻力、在所述机架的所述后部以及所述顶部之间的气流阻力与固定气流速率作为输入变量，在通过所述机架的所述后部的气流被阻挡的限制条件下，解算在所述机架的所述后部的平均压力。
24.如权利要求23所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于：所述流体网络解算器仅利用所述机架的所述前部以及所述后部之间的气流阻力、所述机架的所述后部以及所述顶部之间的气流阻力与所述固定气流速率作为输入变量，在通过所述机架的所述后部的气流被阻挡的限制条件下，解算在所述机架的所述后部的平均压力。
25.一种方法，用于在一图形用户界面中确定及显示在包含有设备的机架的一信息技术IT室中的空气温度、空气压力或气流速度中的一项或多项，其特征在于：所述方法包含步骤：
接收一输入，所述输入包含通过所述机架的气流阻力参数、一IT设备气流参数、一散热参数、一外部压力以及一外部温度，所述气流阻力参数包含：在所述机架的一前部以及一后部之间的气流阻力；在所述机架的所述后部以及一顶部之间的气流阻力；以及在所述机架的所述后部以及一底部之间的气流阻力，其中：
所述散热参数与所述IT设备气流参数相关联；以及
所述IT设备气流参数与至少一风扇相关联，所述至少一风扇提供气流通过所述IT设备；
通过一流体网络解算器运行所述输入，所述流体网络解算器根据所述输入来解算所述机架的多个部分的多个机架气流速率和多个机架空气流出温度；以及
输出所述多个机架气流速率以及所述多个机架空气流出温度。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于：解算所述多个机架气流速率包含：解算空气通过所述机架的一前表面、所述机架的一后表面，所述机架的一顶部以及所述机架的一底部中的每一个的一气流速率。
27.如权利要求25所述的方法，其特征在于：解算所述多个机架空气流出温度包含：解算空气通过所述机架的一后表面以及所述机架的一顶部中的每一个的多个温度。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于：解算所述多个机架空气流出温度还包含：解算空气通过所述机架的一底部的一温度。
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