CN117590918B - 服务器散热控制系统及服务器散热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种服务器散热控制系统及服务器散热系统，应用于服务器技术领域。其中，根据数据采集器采集的换热器和冷却液池在参与散热过程中的物理参数数据，通过调用基于这些物理参数数据构建的位于频域空间下的流体出口温度确定模型和出口温度响应模型，来确定换热器的流体出口温度和冷却液出口温度响应值，以此控制服务器的散热。本发明可以解决相关技术不能精准体现服务器动态散热的过程，能够精准分析服务器的动态散热特性，从而在确保满足服务器的散热需求的基础上，降低服务器的能耗，提高服务器的能源利用率。

Description

服务器散热控制系统及服务器散热系统
技术领域
本发明涉及服务器技术领域，特别是涉及一种服务器散热控制系统及服务器散热系统。
背景技术
随着人工智能、云计算等新一代信息技术的高速发展，数据中心处理的计算任务的规模越来越大，服务器作为数据中心的计算设备，其集成度提高的同时功率密度也逐渐增大，这就导致服务器的散热问题和能源消耗问题影响着数据中心性能。
相关技术将服务器的冷却系统假设在特定初始条件下，通过对服务器冷却系统的换热部件的动态散热过程进行简单分析来获得换热器壁温以及流体出口温度的动态响应。但是，由于该方法是在特定条件下所获得的动态散热特性，不仅会受限于不同类型服务器的应用场景，而且无法准确体现服务器的动态散热过程，不能精准控制服务器机柜的温度。
鉴于此，实现对服务器动态散热的精准分析，在确保满足服务器的散热需求的基础上，降低服务器的能耗，提高服务器的能源利用率，是所属领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种服务器散热控制系统及服务器散热系统，能够精准分析服务器的动态散热特性，从而在确保满足服务器的散热需求的基础上，降低服务器的能耗，提高服务器的能源利用率。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
本发明一方面提供了一种服务器散热控制系统，包括：
数据采集器、换热器建模器、服务器机柜建模器、频域分析器、温度模型构建器、出口温度预测器和散热控制器；
所述数据采集器包括热参数传感器和尺寸测量仪，用于采集服务器冷却系统的换热器和冷却液池的热参数及几何尺寸参数；
所述换热器建模器，用于根据所述数据采集器发送的换热器的热参数和几何尺寸参数，确定换热器在散热过程中各介质之间的热能交换信息；
所述服务器机柜建模器，用于根据所述数据采集器发送的冷却液池的热参数和几何尺寸参数，确定服务器机柜与冷却液在散热过程中的换热信息；
所述频域分析器，用于对所述换热器建模器发送的热能交换信息，和所述服务器机柜建模器发送的换热信息进行频域分析，得到频域空间下的热能交换信息和频域空间下的换热信息；
所述温度模型构建器，用于基于所述换热器的进出口温度呈线性关系，根据频域空间下的热能交换信息构建所述换热器的流体出口温度确定模型；根据频域空间下的换热信息构建所述冷却液的出口温度响应模型；
所述出口温度预测器，用于从所述温度模型构建器中调用流体出口温度确定模型和出口温度响应模型，从所述数据采集器分别获取所述换热器和冷却液的流体入口温度边界时序信号和流体进口温度；利用所述流体出口温度确定模型，根据所述换热器的流体入口温度边界时序信号和所述换热器的流体进口温度，确定所述换热器的流体出口温度；利用所述出口温度响应模型，根据冷却液入口温度边界时序信号和冷却液进口温度，确定所述冷却液的出口温度响应值；
所述散热控制器，用于根据所述出口温度预测器发送的所述换热器的流体出口温度和所述冷却液的出口温度响应值，控制所述服务器的散热过程。
在第一种示例性的实施方式中，所述对所述换热器建模器发送的热能交换信息，和所述服务器机柜建模器发送的换热信息进行频域分析，得到频域空间下的热能交换信息和频域空间下的换热信息的过程包括：
根据服务器冷却系统的散热过程，确定换热器参与散热过程的各介质为热流体、冷流体和换热壁面；
基于所述热流体、所述冷流体和所述换热壁面具有热量守恒关系，确定所述换热器各介质之间的热能交换信息。
在第二种示例性的实施方式中，所述基于所述热流体、所述冷流体和所述换热壁面具有热量守恒关系，确定所述换热器各介质之间的热能交换信息，包括：
基于所述热流体和所述冷流体的物性具有各向同性且不随温度变化的特性，忽略所述热流体和所述冷流体对环境的漏热、所述换热壁面垂直于流体流动方向的导热和流体内的导热，根据所述热流体、所述冷流体和所述换热壁面之间的热量守恒关系确定所述换热器各介质之间的热能交换信息。
在第三种示例性的实施方式中，所述对所述换热器建模器发送的热能交换信息，和所述服务器机柜建模器发送的换热信息进行频域分析，得到频域空间下的热能交换信息和频域空间下的换热信息的过程包括：
根据服务器冷却系统的散热过程确定换热器各介质之间的热能交换信息，并通过调用热能交换关系式表示所述换热器各介质之间的热能交换信息；所述热能交换关系式为：
；
式中，C h 、G h 、T h 分别表示热流体的热容、热流体的热容量流和热流体的温度，C c 、G c 、T c 分别表示冷流体的热容、冷流体的热容量流和冷流体的温度，C w 、G w 、T w 分别表示换热壁面的热容、换热壁面的热容量流和换热壁面的温度，(kA) h 为热流体的流体热导，(kA) c 为冷流体的流体热导，(kA) w 为换热壁面的流体热导，(Mc p ) w 为换热壁面的热容，L为换热总长度，x为位置，t为时间。
在第四种示例性的实施方式中，所述频域分析器用于将所述热能交换信息从时域空间转换至频域空间，所述基于所述换热器的进出口温度呈线性关系，根据频域空间下的热能交换信息构建所述换热器的流体出口温度确定模型，包括：
根据位于所述频域空间的热能交换信息确定热流体与冷流体之间的频域温度关系；
根据所述频域温度关系，确定所述热流体和所述冷流体分别在所述频域空间下的温度信息；
根据所述换热器的进口边界信息、换热总长度、所述热流体在所述频域空间下的温度信息和所述冷流体在所述频域空间下的温度信息，确定所述热流体和所述冷流体的出口温度信息；基于所述换热器的进出口温度呈线性关系，根据所述热流体和所述冷流体的出口温度信息，构建流体出口温度确定模型。
在第五种示例性的实施方式中，所述根据所述换热器的进口边界信息、换热总长度、所述热流体在所述频域空间下的温度信息和所述冷流体在所述频域空间下的温度信息，确定所述热流体和所述冷流体的出口温度信息；基于所述换热器的进出口温度呈线性关系，根据所述热流体和所述冷流体的出口温度信息，构建流体出口温度确定模型，包括：
基于所述换热器的热流体进口边界信息、所述换热器的冷流体进口边界信息、所述热流体的温度信息和所述冷流体的温度信息，确定所述热流体和所述冷流体分别在所述频域空间的目标位置处的温度；
根据换热总长度、所述热流体在所述频域空间的目标位置处的温度和所述冷流体在所述频域空间的目标位置处的温度，确定所述热流体和所述冷流体的出口温度信息；
根据所述热流体和所述冷流体的出口温度信息，通过采用传递函数矩阵的形式表示所述换热器的进出口温度之间的关系，构建所述换热器的流体出口温度确定模型。
在第六种示例性的实施方式中，所述根据所述频域温度关系，确定所述热流体和所述冷流体分别在所述频域空间下的温度信息，包括：
调用热流体温度关系式，计算所述热流体在所述频域空间下的频域温度值；其中，所述热流体温度关系式为：
；
调用冷流体温度关系式，计算所述冷流体在所述频域空间下的频域温度值；其中，所述冷流体温度关系式为：
；
式中，为所述热流体的频域温度值，/>为所述冷流体的频域温度值，G h 为所述热流体的热容量流，G c 为所述冷流体的热容量流，C h 为所述热流体的热容，C c 为所述冷流体的热容，C 1为第一待定系数，C 2为第二待定系数，e表示指数，x为位置，ω为频率，j为虚数单元，α为第一中间参数，/>，β c 为第二中间参数，/>，β h 为第三中间参数，/>，(kA) h 为热流体的流体热导，(kA) c 为冷流体的流体热导，(Mc p ) w 为换热壁面的热容，L为换热总长度。
在第七种示例性的实施方式中，所述基于所述换热器的进出口温度呈线性关系，根据所述热流体和所述冷流体的出口温度信息，构建流体出口温度确定模型，包括：
调用出口温度表达式作为所述流体出口温度确定模型；所述出口温度表达式为：
；
式中，为所述热流体在出口处的频域温度值，/>为所述热流体在进口处的频域温度值，/>为所述冷流体在出口处的频域温度值，/>为所述冷流体在进口处的频域温度值，L为换热总长度，r 1为第四中间参数，r 2为第五中间参数，θ 1为第六中间参数，θ 2为第七中间参数，H(ω)表示频域传递函数矩阵，ω为频率，e表示指数。
在第八种示例性的实施方式中，所述服务器冷却系统包括多个换热器，各换热器串联为换热网络，所述基于所述换热器的进出口温度呈线性关系，根据频域空间下的热能交换信息构建所述换热器的流体出口温度确定模型包括：
根据第一个换热器的流体进口温度信息、所述第一个换热器和目标换热器之间的各中间换热器的频域传递函数矩阵，构建所述目标换热器的流体出口温度确定模型。
在第九种示例性的实施方式中，所述换热网络包括N个换热器，所述根据第一个换热器的流体进口温度信息、所述第一个换热器和目标换热器之间的各中间换热器的频域传递函数矩阵，构建所述目标换热器的流体出口温度确定模型，包括：
调用换热网络温度表达式，作为所述目标换热器的流体出口温度确定模型；所述换热网络温度表达式为：
；
式中，为第N个换热器的热流体的频域温度值，/>为第N个换热器的冷流体的频域温度值，/>为第一个换热器的热流体的进口处的频域温度值，/>为第一个换热器的冷流体的进口处的频域温度值，/>为第N个换热器的频域传递函数矩阵。
在第十种示例性的实施方式中，所述频域分析器，用于将所述换热信息从时域空间转换至频域空间，所述根据频域空间下的换热信息构建所述冷却液的出口温度响应模型，包括：
根据位于所述频域空间的换热信息确定所述冷却液的频域温度信息；
根据所述冷却液对应的边界条件和所述冷却液的频域温度信息，构建所述冷却液的出口温度响应模型。
在第十一种示例性的实施方式中，所述服务器机柜建模器还用于调用换热关系式表示所述服务器机柜与冷却液之间的换热信息；所述换热关系式为：
；
式中，T w0表示服务器机柜散热部件w0的温度，T c0表示冷却液的温度，C c0表示冷却液的热容，G c0表示冷却液的热容量流，(kA) c0为冷却液的流体热导，(Mc p ) w0为所述服务器机柜散热部件w0的等值热容，L 0为冷却液流经长度，q为机柜内热源产热功率，x为位置，t为时间。
在第十二种示例性的实施方式中，所述根据频域空间下的换热信息构建所述冷却液的出口温度响应模型，包括：
调用冷却液出口温度关系式，作为所述冷却液的出口温度响应模型；所述冷却液出口温度关系式为：
；
式中，为所述冷却液在频域空间的出口温度响应值，/>为所述冷却液在频域空间的进口温度值，e表示指数，L 0为冷却液流经长度，σ1为第八中间参数，σ2为第九中间参数。
在第十三种示例性的实施方式中，所述调用所述流体出口温度确定模型，根据所述换热器的流体入口温度边界时序信号和所述换热器的流体进口温度，确定所述换热器的流体出口温度，包括：
获取所述换热器的流体入口温度边界时序信号，并将所述流体入口温度边界时序信号转换至频域空间，得到一组频域序列信号；
获取所述换热器的热流体进口温度和冷流体进口温度；
将所述热流体进口温度、所述冷流体进口温度和所述频域序列信号，输入至所述流体出口温度确定模型，得到一组位于频域空间的流体出口频域温度值；
将各流体出口频域温度值转换至时域空间，得到所述换热器的流体出口温度。
在第十四种示例性的实施方式中，所述将所述热流体进口温度、所述冷流体进口温度和所述频域序列信号，输入至所述流体出口温度确定模型，得到一组位于频域空间的流体出口频域温度值，包括：
根据所述频域序列信号确定所述流体出口温度确定模型中的频域传递函数矩阵；
基于所述频域序列信号，根据所述频域传递函数矩阵、所述换热器的热流体进口温度和冷流体进口温度，得到一组位于频域空间的流体出口频域温度值。
在第十五种示例性的实施方式中，所述将各流体出口频域温度值转换至时域空间，得到所述换热器的流体出口温度，包括：
按照在时间序列上将各流体出口频域温度值进行叠加的方式，得到位于时域空间下的所述换热器的流体出口温度。
在第十六种示例性的实施方式中，所述调用所述出口温度响应模型，根据冷却液入口温度边界时序信号和所述冷却液的进口温度，确定所述冷却液的出口温度响应值，包括：
获取冷却液入口温度边界时序信号，并将所述冷却液入口温度边界时序信号转换至频域空间，得到一组冷却液频域序列信号；
获取所述冷却液的进口温度；
将所述冷却液的进口温度和所述冷却液频域序列信号，输入至所述出口温度响应模型，得到一组位于频域空间的冷却液出口频域温度响应值；
将各冷却液出口频域温度响应值转换至时域空间，得到所述冷却液位于时域空间下的出口温度响应值。
在第十七种示例性的实施方式中，所述调用所述流体出口温度确定模型，根据所述换热器的流体入口温度边界时序信号和所述换热器的流体进口温度，确定所述换热器的流体出口温度，包括：
调用时域温度确定关系式，确定所述换热器的流体出口温度；所述时域温度确定关系式为：
；
式中，为热流体在采样时刻t i 的出口温度值，/>为冷流体在采样时刻t i 的出口温度值，/>为热流体在频域空间下位于出口处的第k个频域温度值，为冷流体在频域空间下位于出口处的第k个频域温度值，N f 为流体出口频域温度值的总数，ω 0为基频，Re表示实部，Im表示虚部。
在第十八种示例性的实施方式中，所述热参数传感器包括温度传感器组；
其中，所述温度传感器组包括多个温度传感器，各温度传感器分别部署于换热器流体入口处、换热器流体出口处、所述换热器的多个目标位置、冷却液池入口处、冷却液池出口处及所述冷却液池的多个目标位置。
在第十九种示例性的实施方式中，所述热参数传感器包括至少一个热容测定仪、至少一个热值仪及至少一个热导检测器；
其中，所述热容测定仪，用于测量所述换热器的热流体、所述换热器的冷流体、所述冷却液池的冷却液的热容及所述服务器机柜的散热部件的热容；
所述热值仪，用于测量所述换热器的热流体和冷流体的热容量；
所述热导检测器，用于检测所述换热器的热流体、所述换热器的冷流体、所述冷却液的流体热导。
本发明最后提供了一种服务器散热系统，包括浸没式液体冷却系统及如前任一项所述服务器散热控制系统；
其中，所述浸没式液体冷却系统包括冷却液池、换热器、外部冷源及液体泵；服务器机柜位于所述冷却液池，所述液体泵分别与所述换热器、所述冷却液池相连，所述外部冷源连接至所述换热器的一端。
本发明提供的技术方案的优点在于，利用数据采集器采集换热器和冷却液池在参与散热过程中的物理参数数据，温度模型构建器基于这些物理参数数据构建位于频域空间下且用于预测换热器的流体出口温度的流体出口温度确定模型，和用于预测冷却液的出口温度响应值的出口温度响应模型，由于温度模型构建器构建流体出口温度确定模型和出口温度响应模型是先利用频域分析器将时域数据转换为频域数据，从而能够有效降低服务器散热过程中的温度预测难度，整个温度预测过程中所涉及到的计算过程无需在散热空间和时间域上离散处理，能够避免空间维度上计算量的大规模增加，降低计算复杂度，同时不存在计算步长和收敛性的限制，能够更加高效且简单地实现温度预测；进一步地，整个温度预测过程中充分保留服务器散热过程动态特性，避免相关技术过度简化带来的精度损失，能够适用于更多的应用场景，实用性更好，能够精准分析服务器的动态散热特性，有利于服务器动态散热过程的精确响应分析；换热器的出口温度预测基于工质进出口温度间的线性关系约束，更加便于嵌入至服务器冷却系统整体的散热控制过程中，实用性更好，通过精准预测换热器的流体出口温度和冷却液的出口温度响应，在确保满足服务器的散热需求的基础上，能够有效降低服务器的能耗，提高服务器的能源利用率。
此外，本发明还针对服务器散热控制系统提供了相应的服务器散热系统，进一步使得所述服务器散热控制系统更具有实用性，所述服务器散热系统具有相应的优点。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。
附图说明
为了更清楚的说明本发明或相关技术的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种服务器散热控制系统的流程示意图；
图2为本发明提供的一个示例性场景下的换热器的换热结构示意图；
图3为本发明提供的一个示例性场景下的换热网络的换热结构示意图；
图4为本发明提供的一个示例性场景下的机柜散热结构示意图；
图5为本发明提供的一个示例性场景下的动态散热过程的温度计算流程示意图；
图6为本发明提供的服务器散热系统的一种具体实施方式结构框架图；
图7为本发明提供的服务器散热系统的另一种具体实施方式结构框架图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。其中，说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及二者的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。术语“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
可以理解的是，由于服务器在不同时间处理的任务不同，所以其产热量及散热需求是动态变化的。为了避免服务器存在能耗高、能源利用效率低及散热能力不足的问题，需要对服务器冷却系统的动态散热特性进行分析，准确地分析服务器面临扰动下的动态响应特性，以实现散热过程的快速动态预测以及服务器最佳热管理策略的生成，从而使服务器运行于最佳节能工况下。
相关技术分析服务器冷却系统中的动态散热过程时，需要引入过度的简化，应用场景受限，使得散热动态特性不能准确体现，影响柜机温度的精确仿真和控制；并且，其所涉及到的一些计算方法只能分析特定边界下的动态响应，在不同类型的服务器应用场景中受到限制。鉴于此，本发明通过将时域信息转换至频域处理，构建用于预测换热器的流体出口温度的流体出口温度确定模型和用于预测冷却液的出口温度响应值的出口温度响应模型，利用流体出口温度确定模型和出口温度响应模型实时且精准预测换热器的流体出口温度和冷却液的出口温度响应，从而实现服务器冷却系统的动态散热特性的精准分析，实用性更强，不受限于任何应用场景，在确保满足服务器的散热需求的基础上，能够有效降低服务器的能耗，提高服务器的能源利用率。在介绍了本发明的技术方案后，下面详细的说明本发明的各种非限制性实施方式。为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于所属领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
首先请参见图1，图1为本实施例提供的一种服务器散热控制系统在一种实施方式下的结构框架示意图，本实施例可包括以下内容：
服务器散热控制系统可包括数据采集器101、换热器建模器102、服务器机柜建模器103、频域分析器104、温度模型构建器105、出口温度预测器106和散热控制器107。数据采集器101可包括一系列传感器，这些传感器用于部署在服务器的冷却液池和换热器上，用于采集换热器和冷却液池在参与整个散热过程中所涉及到的物理参数数据。换热器建模器102、服务器机柜建模器103、频域分析器104、温度模型构建器105、出口温度预测器106和散热控制器107可以包括或被分割成一个或多个程序模块，该一个或多个程序模块被存储在存储介质中，并由一个或多个处理器所执行，已完成实施例一公开的服务器散热控制过程。所谓的程序模块是指能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，比程序本身更适合于描述这些功能模块在存储介质中的执行过程。此外，换热器建模器102、服务器机柜建模器103、频域分析器104、温度模型构建器105、出口温度预测器106和散热控制器107也可以将实现各自功能的一系列计算机程序指令段固化在主板上，这均不影响本申请的实现。此外，换热器建模器102、服务器机柜建模器103、频域分析器104、温度模型构建器105、出口温度预测器106还可部署至其他能够支持其所需要实现的相应功能的计算设备上，并将这些计算设备相连接进行数据传输和通讯，来共同实现对服务器的散热控制。
其中，本实施例的数据采集器101可包括热参数传感器12和尺寸测量仪11，数据采集器101用于采集服务器冷却系统的换热器和冷却液池的热参数及几何尺寸参数。热参数传感器包括多个不同热参数的采集仪器，其与所要采集的热参数相对应，每一类热参数采集仪器可根据实际需求部署在服务器冷却系统的换热器和冷却液池的多个位置，本发明对此不做任何限定。热参数包括但并不限制于温度、热容、热容量，相应的，热参数传感器可包括至少一个热容测定仪、至少一个热值仪及至少一个热导检测器。热容测定仪通过测量物质在吸收或释放热量时所需的能量来确定的热容，其可用于测量所述换热器的热流体、所述换热器的冷流体、所述冷却液池的冷却液的热容及所述服务器机柜的散热部件的热容；基于热容量描述物体内部粒子在温度变化时的动能和势能之和，可利用热值仪测量换热器的热流体和冷流体的热容量。热导检测器为能够探测物体表面温度变化的检测器，其用于检测换热器的热流体、所述换热器的冷流体、所述冷却液的流体热导。几何尺寸参数包括换热总长度以及冷却液流进长度，相应的，尺寸测量仪用于测量换热总长度以及冷却液流进长度，可采用任何一种实现长度测量的仪器，如激光测距仪，这均不影响本发明的实现。其中，热参数传感器可包括温度传感器组；温度传感器组包括多个温度传感器，温度传感器的数量可根据实际需求灵活选择，各温度传感器分别部署于换热器流体入口处、换热器流体出口处、换热器的多个目标位置、冷却液池入口处、冷却液池出口处及冷却液池的多个目标位置。通过温度传感器可采集流体进口温度，包括冷却液进口温度，换热器热流体进口温度、换热器冷流体进口温度，进而还可生成流体入口温度边界时序信号，包括冷却液入口温度边界时序信号、换热器的热流体的入口温度边界时序信号、换热器的冷流体的入口温度边界时序信号。在流体出口温度确定模型和冷却液的出口温度响应模型的构建过程，还可利用温度传感器测量冷却液出口温度，换热器热流体出口温度及换热器冷流体出口温度。
在本实施例中，通过换热器建模器102和服务器机柜建模器103分别构建服务器机柜和换热器在散热过程中的散热模型，示例性的，换热器建模器102根据数据采集器发送的换热器的热参数和几何尺寸参数，确定换热器在散热过程中各介质之间的热能交换信息。服务器机柜建模器103用于根据所述数据采集器发送的冷却液池的热参数和几何尺寸参数，确定服务器机柜与冷却液在散热过程中的换热信息。当确定了换热器在散热过程中各介质之间的热能交换信息与服务器机柜与冷却液在散热过程中的换热信息，为了便于分析，调用频域分析器104将时域空间下的这些信息转化至频域空间下，也即频域分析器104用于对所述换热器建模器发送的热能交换信息，和所述服务器机柜建模器发送的换热信息进行频域分析，得到频域空间下的热能交换信息和频域空间下的换热信息。温度模型构建器105用于基于所述换热器的进出口温度呈线性关系，根据频域空间下的热能交换信息构建所述换热器的流体出口温度确定模型；根据频域空间下的换热信息构建所述冷却液的出口温度响应模型。
其中，服务器冷却系统包括风冷散热和液冷散热两类，无论是风冷散热还是液冷散热，整个服务器的冷却系统均包括服务器机柜向冷却工质散热以及冷却工质向外界散热，对流换热都是服务器冷却系统中的重要过程，所以动态散热特性的分析对服务器的整体动态特性的仿真计算、服务器散热性能提升均有重要影响。对于服务器冷却系统中的换热器，根据其参与服务器散热过程的特征，可将换热器中的介质分为换热壁面、热流体和冷流体三个部分，热能交换信息即为换热壁面、热流体和冷流体在流体物性、流速不变的情况下，可基于动态传热过程各介质的能量守恒原则得到各介质之间的热能交换关系。
为了定量分析动态散热过程，可使用一组关于时间和空间的偏微分方程组来表示热能交换信息。但考虑到对流换热过程不同介质能量守恒方程间的相互耦合，很难直接获得任意初始条件和边界条件下的时域解析解。一种相关技术是假设在特定初始条件下，简化待求解的问题，以使得方程解耦或者可直接采用解析法求解，获得换热器壁温以及流体出口温度的动态响应，如集总参数法、分布参数法、积分法、拉普拉斯变换法等。但是解析法需要引入过度的简化，应用场景受限，使得散热动态特性不能准确体现，影响柜机温度的精确仿真和控制；并且，拉普拉斯变换等方法只能分析特定边界下的动态响应，在不同类型的服务器应用场景中受到限制。另一相关技术是基于数值求解方法，应用有限差分法和有限体积法等数值计算方法对热能交换信息对应的偏微分方程组离散化进行计算，很多现有仿真软件如fluent（也即一种商用的计算流体力学软件包）采用的也是此类方法。尽管数值解法能够较为准确地对动态换热过程分析，但是需要引入大量的空间、时间节点，增加了计算的规模和计算复杂度，耗费计算资源的同时需要的仿真计算周期长，难以快速获得动态特性；另外，数值计算法求解格式的收敛性也对其空间和时间步长有一定限制。本步骤将时域下的热能交换信息转换至频域空间，可采用任何一种时域频域空间转换方式实现，这均不影响本发明的实现。转换后的热能交换信息便为频域内的数学表示，相较于原始的偏微分控制方程组计算难度大大降低，此外，基于频域的分析方法无需在散热空间上离散计算，避免了空间维度上方程数量的大规模增加；无需时间域上离散计算，只在有限个频域分量上计算频域内的热能交换信息数学表示关系式，进一步减少了离散节点的方程数及计算复杂度；同时不存在计算步长和收敛性的限制。在构建流体出口温度确定模型时，建立了工质进出口温度间的线性约束，工质包括换热器的冷流体和热流体，使得流体出口温度确定模型更易嵌入到服务器冷却系统整体的仿真计算和散热控制过程中，从而可以通过快速获得关键节点温度响应。根据频域下的热能交换信息结合换热器的换热过程构建用于预测换热器的流体的出口温度值的流体出口温度确定模型。
在上述步骤确定了流体出口温度确定模型之后，冷却液的出口温度响应模型的构建过程包括：服务器冷却系统对服务器的机柜冷却过程包括：冷却液冲刷需要散热的机柜部件表面，流出机柜后将吸收的热量在换热器中释放给外界冷冻水。服务器的散热过程包括冷却液与机柜壁面的强制对流换热过程、换热器中的冷却液与外界冷冻水换热过程。上个步骤的热能交换信息用于体现换热器中的冷却液与外界冷冻水换热过程所涉及到的热能交换，本步骤的换热信息用于体现冷却液与机柜壁面的强制对流换热过程中所涉及的热能交换。同样的，为了定量分析动态散热过程，可使用一组关于时间和空间的偏微分方程组来表示换热信息。但考虑到对流换热过程不同介质能量守恒方程间的相互耦合，很难直接获得任意初始条件和边界条件下的时域解析解。本步骤将时域内的换热信息转换至频域空间进行处理，根据频域下的换热信息结合冷却液的冷却过程构建用于预测冷却液的出口温度响应的冷却液的出口温度响应模型。
当构建了流体出口温度确定模型和冷却液的出口温度响应模型，在服务器的实际运行过程中，通过调用出口温度预测器106来预测温度传感器测量冷却液出口温度，换热器热流体出口温度及换热器冷流体出口温度。示例性的，出口温度预测器106用于从所述温度模型构建器中调用流体出口温度确定模型和出口温度响应模型，从所述数据采集器获取所述换热器和所述冷却液池的流体入口温度边界时序信号和流体进口温度；调用所述流体出口温度确定模型，根据所述换热器的流体入口温度边界时序信号和所述换热器的流体进口温度，确定所述换热器的流体出口温度；调用所述出口温度响应模型，根据冷却液入口温度边界时序信号和所述冷却液的进口温度，确定所述冷却液的出口温度响应值。换言之，当得到用于预测换热器的流体的出口温度的流体出口温度确定模型之后，可将实时获取到的流体入口温度边界时序信号和换热器的流体进口温度输入至流体出口温度确定模型，便可预测得到换热器下一时刻的流体的出口温度。当得到用于预测冷却液的出口响应温度的出口温度响应模型之后，可将实时获取到的冷却液入口温度边界时序信号和冷却液的进口温度输入至流体出口温度确定模型，便可预测得到下一时刻的冷却液的出口温度响应值。
当预测得到冷却液和换热器的出口温度之后，散热控制器107便可根据所述出口温度预测器发送的所述换热器的流体出口温度和所述冷却液的出口温度响应值，控制所述服务器的散热过程。也即当利用出口温度预测器106预测得到换热器的出口处的流体出口温度、冷却液的出口温度响应之后，结合实际的散热需求可精准控制服务器的整个散热过程，在保证服务器具有足够散热能力的基础上，降低能源消耗。
示例性的，可将实现换热器建模器102、服务器机柜建模器103、频域分析器104、温度模型构建器105、出口温度预测器106和散热控制器107的功能对应的计算机程度内置于存储器中，然后通过处理器调用该存储器中的计算机程序来实现相应的功能。处理器可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器，处理器还可为控制器、微控制器、微处理器或其他数据处理芯片等。处理器可以采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(Central Processing Unit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器可以集成有GPU(GraphicsProcessing Unit，图形处理器)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器还可以包括AI(Artificial Intelligence，人工智能)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
存储器可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器还可包括高速随机存取存储器以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。存储器在一些实施例中可以是电子设备的内部存储单元，例如服务器的硬盘。存储器在另一些实施例中也可以是电子设备的外部存储设备，例如服务器上配备的插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card，SMC），安全数字（Secure Digital，SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。进一步地，存储器还可以既包括电子设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器不仅可以用于存储安装于电子设备的应用软件及各类数据，例如：执行服务器散热控制系统在散热控制过程中的程序的代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。本实施例中，存储器至少用于存储以下计算机程序，其中，该计算机程序被处理器加载并执行之后，能够实现前述任一实施例公开的换热器建模器102、服务器机柜建模器103、频域分析器104、温度模型构建器105、出口温度预测器106和散热控制器107的相关步骤。另外，存储器所存储的资源还可以包括操作系统和数据等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。其中，操作系统可以包括Windows、Unix、Linux等。数据可以包括但不限于服务器散热控制结果对应的数据等。
在一些实施例中，上述服务器散热控制系统还可包括有显示屏、输入输出接口、通信接口或者称为网络接口、电源以及通信总线。其中，显示屏、输入输出接口比如键盘（Keyboard）属于用户接口，示例性的用户接口还可以包括标准的有线接口、无线接口等。可选地，在一些实施例中，显示器可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED（Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管）触摸器等。显示器也可以适当的称为显示屏或显示单元，用于显示在电子设备中处理的信息以及用于显示可视化的用户界面。通信接口示例性的可以包括有线接口和/或无线接口，如WI-FI接口、蓝牙接口等，通常用于在电子设备与其他电子设备之间建立通信连接。通信总线可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extendedindustry standard architecture，简称EISA)总线等。该总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。
在本实施例提供的技术方案中，利用数据采集器采集换热器和冷却液池在参与散热过程中的物理参数数据，温度模型构建器基于这些物理参数数据构建位于频域空间下且用于预测换热器的流体出口温度的流体出口温度确定模型，和用于预测冷却液的出口温度响应值的出口温度响应模型由于温度模型构建器构建流体出口温度确定模型和出口温度响应模型是先利用频域分析器将时域数据转换为频域数据，从而能够有效降低服务器散热过程中的温度预测难度，整个温度预测过程中所涉及到的计算过程无需在散热空间和时间域上离散处理，能够避免空间维度上计算量的大规模增加，降低计算复杂度，同时不存在计算步长和收敛性的限制，能够更加高效且简单地实现温度预测；进一步地，整个温度预测过程中充分保留服务器散热过程动态特性，避免相关技术过度简化带来的精度损失，能够适用于更多的应用场景，实用性更好，能够精准分析服务器的动态散热特性，有利于服务器动态散热过程的精确响应分析；换热器的出口温度预测基于工质进出口温度间的线性关系约束，更加便于嵌入至服务器冷却系统整体的散热控制过程中，实用性更好，通过精准预测换热器的流体出口温度和冷却液的出口温度响应，在确保满足服务器的散热需求的基础上，能够有效降低服务器的能耗，提高服务器的能源利用率。
需要说明的是，本发明中各步骤之间没有严格的先后执行顺序，只要符合逻辑上的顺序，则这些步骤可以同时执行，也可按照某种预设顺序执行，图1只是一种示意方式，并不代表只能是这样的执行顺序。
在上述实施例中，对于如何对热能交换信息进行频域分析并构建流体出口温度确定模型并不做任何限定，本发明还给出热能交换信息进行频域分析并构建流体出口温度确定模型的一种示例性的实施方式，可包括下述内容：
根据服务器冷却系统的散热过程，确定换热器参与散热过程的各介质为热流体、冷流体和换热壁面；基于热流体、冷流体和换热壁面具有热量守恒关系，确定换热器各介质之间的热能交换信息。
对于服务器冷却系统的换热器来说，以图2中所示的逆流板式换热结构的动态散热为例，参与散热过程的介质分为三部分：热流体、冷流体及换热壁面，流体不限于气态或液态，也即热流体和冷流体既可以为气态介质也可为液态介质。服务器柜机产热量由热流体携带，在换热器中经过换热壁面向冷流体传递，最终由冷流体带出。为了便于对热能交换信息进行量化表示，在分析换热器的动态散热时，基于热流体和冷流体的物性具有各向同性且不随温度变化的特性，也即热流体和冷流体在不同方向上物理性质相同，忽略热流体和冷流体对环境的漏热、换热壁面垂直于流体流动方向的导热和流体内的导热，根据热流体、冷流体和换热壁面之间的热量守恒确定换热器各介质之间的热能交换信息。换言之，热能交换信息的表示是在环境理想状态下进行的，热能交换信息互联流体物性具有各向同性且随温度变化，忽略对环境的漏热、换热壁面垂直于流体流动方向的导热和流体内的导热。示例性的，热流体、冷流体及换热壁面这三类介质的能量守恒偏微分方程可如下述热能交换关系式（1）表示，在实际应用过程中，可先根据服务器冷却系统的散热过程确定换热器各介质之间的热能交换信息，并通过调用热能交换关系式表示换热器各介质之间的热能交换信息；热能交换关系式可表示为：
；（1）
式中，C h 、G h 、T h 分别表示热流体的热容、热流体的热容量流和热流体的温度，C c 、G c 、T c 分别表示冷流体的热容、冷流体的热容量流和冷流体的温度，C w 、G w 、T w 分别表示换热壁面的热容、换热壁面的热容量流和换热壁面的温度，(kA) h 为热流体的流体热导，(kA) c 为冷流体的流体热导，(kA) w 为换热壁面的流体热导，(Mc p ) w 为换热壁面的热容，L为换热总长度，x为位置，t为时间。
在得到热能交换信息的数学表示也即热能交换关系式之后，可将热能交换信息也即热能交换关系式从时域空间转换至频域空间，傅里叶变换作为一种通用的时频转化方法，本实施例可对热能交换关系式（1）进行关于时间t的傅里叶变换，得到频域上只关于空间x的常微分方程组。根据傅里叶变换后的热能交换关系式的前两个数学表达式，通过去除换热壁面温度Tw的方式，得到只体现热流体与冷流体之间的温度关系的关系式（2），根据傅里叶变换后的热能交换关系式的后两个数学表达式，同样通过去除换热壁面温度Tw的方式，得到只体现热流体与冷流体之间的温度关系的关系式（3），从而得到热流体与冷流体之间的频域温度关系，也即根据位于频域空间的热能交换信息能够确定热流体与冷流体之间的频域温度关系：
；（2）
；（3）
其中，为了便于计算，引入三个中间参数即α、β c 、β h ，α为第一中间参数，，β c 为第二中间参数，/>，β h 为第三中间参数，，上波浪线表示傅里叶变换后的对应变量，ω表示频率，可取大于零的任意值。
当得到能够表示热流体与冷流体之间的频域温度关系的量化关系式之后，通过解耦热流体和冷流体温度约束关系，可以得到热流体和冷流体分别在频域空间下的温度信息，也即通过对频域温度关系进行频域分析得到热流体和冷流体分别在频域空间下的温度信息。示例性的，可将上述关系式（2）代入上述关系式（3）的第二项，将上述关系式（2）关于空间x求导后代入上述关系式（3）的第一项，从而在上述关系式（3）中去除Tc，得到仅关于热流体温度的约束表达式，也即得到下述关系式（4）：
；（4）
通过解析上述关系式（4）得到热流体温度计算关系式（5）：
；（5）
其中，C 1为第一待定系数，C 2为第二待定系数，为了便于计算，额外引入四个中间参数即r 1、r 2、γ c 、γ h 。其中，，，/>，/>。当根据上述关系式（5）得到热流体在频域空间下的温度信息之后，将上述关系式（5）代入至上述关系式（2），便可得到冷流体在频域空间下的温度信息，也即。然后结合换热器的进口边界信息、换热总长度便可确定热流体和冷流体的出口温度信息。示例性的，换热器的进口边界信息包括热流体进口边界信息和冷流体进口边界信息，可先基于换热器的热流体进口边界信息、换热器的冷流体进口边界信息、热流体的温度信息和冷流体的温度信息，确定热流体和冷流体分别在频域空间的目标位置处的温度，在得到热流体和冷流体分别在频域空间的任何一位置处的温度，然后根据换热总长度和边界特征便可得到换热器的出口处的热流体和冷流体的出口温度信息。也即根据换热总长度、热流体在频域空间的目标位置处的温度和冷流体在频域空间的目标位置处的温度，确定热流体和冷流体的出口温度信息。
示例性的，将换热器的进口边界信息也即进口位置为x=0，出口位置为x=L，代入上述计算和/>关系式中，为了便于计算，引入中间参数θ 1和θ 2，可以得到下述关系式（6）：
；（6）
其中，，，由此可以计算得到C 1和C 2，进而得到热流体和冷流体分别在频域空间的任意一位置处的温度：/>
；（7）
将出口位置x=L代入上述关系式（7）的第一个关系式，将入口位置x=0代入上述关系式（7）的第二个关系式，即可得到热流体和冷流体的出口温度表达式，作为热流体和冷流体的出口温度信息。由于本实施例设置了换热器的进出口温度呈线性关系这一约束条件，作为一种示例性的实施方式，可利用传递函数矩阵的形式来可量化表示换热器的进出口温度之间的关系，当得到热流体和冷流体的出口温度信息，采用传递函数矩阵的形式来构建流体出口温度确定模型，由此，动态散热过程原始偏微分控制方程组转换为了频域的代数约束，更便于计算处理。也即得到下述关系式（8）：
。（8）
为了提高服务器散热控制效率，在控制服务器的散热过程中，可预先在本地存储热流体温度关系式、冷流体温度关系式和出口温度表达式，然后通过直接调用热流体温度关系式便可计算热流体在频域空间下的频域温度值；通过直接调用冷流体温度关系式便可计算冷流体在频域空间下的频域温度值；通过直接调用出口温度表达式便可作为流体出口温度确定模型。
其中，热流体温度关系式可表示为：
；
冷流体温度关系式可表示为：
；
出口温度表达式可表示为：
。
式中，为热流体的频域温度值，/>为冷流体的频域温度值，G h 为热流体的热容量流，G c 为冷流体的热容量流，C h 为热流体的热容，C c 为冷流体的热容，C 1为第一待定系数，C 2为第二待定系数，e表示指数，x为位置，ω为频率，j为虚数单元，(kA) h 为热流体的流体热导，(kA) c 为冷流体的流体热导，(Mc p ) w 为换热壁面的热容，L为换热总长度；/>为热流体在出口处的频域温度值，/>为热流体在进口处的频域温度值，/>为冷流体在出口处的频域温度值，/>为冷流体在进口处的频域温度值，r 1为第四中间参数，r 2为第五中间参数，θ 1为第六中间参数，θ 2为第七中间参数，H(ω)表示频域传递函数矩阵。
可以理解的是，为了提高服务器的散热效果，对于中大型服务器，服务器冷却系统包含多个换热器，也即服务器冷却系统包含一换热网络，该换热网络是由一组换热器组成。上述各实施例所记载的换热器的流体出口温度是基于进出口温度呈线性关系的约束，所以对于换热网络的流体出口温度，可直接通过第一个换热器的流体进口温度信息、第一个换热器和最后一个换热器之间的各中间换热器的频域传递函数矩阵计算得到。当然，对于换热网络中的某一个换热器，为了便于描述，定义为目标换热器，该目标换热器的出口温度确定方法可为根据第一个换热器的流体进口温度信息、第一个换热器和目标换热器之间的各中间换热器的频域传递函数矩阵，构建目标换热器的流体出口温度确定模型，利用流体出口温度确定模型来计算目标换热器的冷热流体的出口温度。
示例性的，流体出口温度确定模型采用频域传递函数矩阵来表示进出口温度之间的线性约束关系，由于频域传递函数矩阵表示的换热器线性约束，对于换热器组成的换热网络，通过矩阵运算即可得到整个换热网络的传递函数矩阵，从而获得进出口温度的直接约束关系，如图3所示，图3以逆流换热器串联拓扑的换热网络为例，换热网络的频域传递函数矩阵可以通过每一个换热器的频域传递函数矩阵连乘得到，以图3包含3个换热器为例，换热网络频域传递函数矩阵H s (ω)可通过关系式计算得到，/>为换热网络s的第一个换热器的频域传递函数矩阵，/>为换热网络s的第二个换热器的频域传递函数矩阵，/>为换热网络s的第三个换热器的频域传递函数矩阵，/>为换热网络s的第i个换热器的频域传递函数矩阵，第i个换热器的进出口温度关系可通过上述关系式（8）来确定，也即/>，/>为第i个换热器的热流体在出口处的频域温度值，/>为第i个换热器的热流体在进口处的频域温度值，/>为第i个换热器的冷流体在出口处的频域温度值，/>为第i个换热器的冷流体在进口处的频域温度值，/>为第i个换热器的热流体在出口处的频域温度值对应的时域空间下的温度值，/>为第i个换热器的热流体在进口处的频域温度值对应的时域空间下的温度值，/>为第i个换热器的冷流体在出口处的频域温度值对应的时域空间下的温度值，/>为第i个换热器的冷流体在进口处的频域温度值对应的时域空间下的温度值，/>。图3所示的换热网络的进出口温度关系可表述为/>。
相应的，对于包含N个换热器的换热网络，其进出口的温度关系可表示为：
。（9）
为了进一步提高换热网络的换热效率，对于服务器冷却系统包括N个换热器，各换热器串联为换热网络，可直接调用换热网络温度表达式，作为目标换热器的流体出口温度确定模型；换热网络温度表达式可表示为：
；
式中，为第N个换热器的热流体的频域温度值，/>为第N个换热器的冷流体的频域温度值，/>为第一个换热器的热流体的频域温度值，/>为第一个换热器的冷流体的频域温度值，/>为第N个换热器的频域传递函数矩阵。
由此可见，通过上述换热网络温度表达式表征了系统频域进出口温度的直接约束，服务器散热过程中不再需要逐个换热器进行计算，能够有效提高散热效率。进一步的，本发明将动态散热这一时域求解困难的问题映射至频域高效计算；通过简单的传递函数矩阵运算获得换热器的传递函数矩阵，进一步将其应用于换热器网络热分析。对于服务器或数据中心冷却系统有相变发生或者工质物性沿程变化明显的换热器，结合分段的方式转换为串联拓扑换热器网络，从而能采用本发明提出的频域方法进行分析，适用于更高功率密度服务器及数据中心的冷却系统热分析、设计和控制中。
上述实施例对如何对换热信息进行频域分析以及构建出口温度响应模型并不做任何限定，本发明还给出对换热信息进行频域分析，以及根据频域空间下的换热信息构建出口温度响应模型的一种示例性的实施方式，可包括下述内容：
根据服务器冷却系统的散热过程，确定服务器机柜与冷却液之间的换热信息；将换热信息从时域空间转换至频域空间，并根据位于频域空间的换热信息确定冷却液的频域温度信息；根据冷却液对应的边界条件和冷却液的频域温度信息，构建冷却液的出口温度响应模型。
如图4所示，服务器冷却系统的其中一个散热过程为冷却液与机柜壁面的强制对流换热过程，冷却液冲刷需要散热的机柜部件表面，并将吸收热量的液体流出机柜后释放给外界冷冻水。根据该冷却过程结合机柜内热源可确定服务器机柜与冷却液之间的换热信息。同样的，为了便于后续动态散热的分析，需要将换热信息量化表示，作为一种比较方便的实施方式，将换热器中的冷流体作为冷却液，换热壁面作为机柜散热部件，换热信息的数学表示可基于热能交换信息的数学表示退化得到，即只有冷流体与壁面换热，考虑机柜内热源，上述热能交换信息的数学表示也即热能交换关系式退化为：
；（10）/>
在得到换热信息的数学表示也即换热关系式之后，可将换热关系式从时域空间转换至频域空间，傅里叶变换作为一种通用的时频转化方法，本实施例可对热能交换关系式（10）进行关于时间t的傅里叶变换，得到频域上只关于空间x的常微分方程组，也即得到下述关系式（11）：
；（11）
对上述关系式（11）进行计算，可得到下述关系式（12）：
；（12）
其中，为了便于计算，引入2个中间参数即σ1和σ2，，/>；通过计算上述关系式(12)的一阶微分方程的解，得到冷却液的频域温度计算关系式（13），用于确定冷却液的频域温度信息：
；（13）
根据冷却液对应的边界条件，也即进口处x=0，代入上述关系式（12）构建得到冷却液的出口温度响应模型（14），从而得到冷却液出口温度响应：
。（14）
为了提高服务器散热控制效率，在控制服务器的散热过程中，可预先在本地存储换热关系式和冷却液出口温度关系式，然后通过调用换热关系式便可确定服务器机柜与冷却液之间的换热信息的量化表示形式；通过直接调用冷却液出口温度关系式便可作为冷却液的出口温度响应模型。
其中，换热关系式可表示为：
；
冷却液出口温度关系式可表示为：
；
式中，T w0表示服务器机柜散热部件w0的温度，T c0表示冷却液的温度，C c0表示冷却液的热容，G c0表示冷却液的热容量流，(kA) c0为冷却液的流体热导，(Mc p ) w0为服务器机柜散热部件w0的等值热容，L 0为冷却液流经长度，q为机柜内热源产热功率，x为位置，t为时间。为冷却液在频域空间的出口温度响应值，/>为冷却液在频域空间的进口温度值，e表示指数，L 0为冷却液流经长度，σ1为第八中间参数，σ2为第九中间参数。
上述实施例对如何利用流体出口温度确定模型结合已知的数据来计算换热器的流体出口温度，并不做任何限定，本发明还给出一示例性的换热器的流体出口温度计算方式，如图5所示，可包括下述内容：
获取换热器的流体入口温度边界时序信号，并将流体入口温度边界时序信号转换至频域空间，得到一组频域序列信号；获取换热器的热流体进口温度和冷流体进口温度；将热流体进口温度、冷流体进口温度和频域序列信号，输入至流体出口温度确定模型，得到一组位于频域空间的流体出口频域温度值；将各流体出口频域温度值转换至时域空间，得到换热器的流体出口温度。
在本实施例中，流体入口温度边界时序信号包括冷流体的进口温度在时域内的序列信号，以及热流体的进口温度在时域内的序列信号。如图5所示，图中T(t)表示流体入口温度边界时序信号，包括T 1(t)、T 2(t)和T 3(t)，将每个流体入口温度边界时序信号T in,1，T in,2，T in,3，转换为频域序列信号，/>和/>。由于流体出口温度确定模型是在频域空间构建的，所以需要将时域空间下的序列信号转换至频域空间，示例性的，可通过傅里叶变换进行转换，也即将流体入口温度边界时序信号通过快速傅里叶变换转换为一组频域序列信号，该组频域序列信号为一组频率已知的正弦/余弦信号之和，示例性的，可预先在本地存储下述关系式（15），通过调用下述关系式（15）将冷流体、热流体进口温度在时域内的序列由离散傅里叶变换转换为一组频率已知的正弦信号之和：
；（15）
其中，等式左侧为输入信号的第k个频域分量，其为一复数值，表征了正弦信号的幅值和相位，相位如图5所示的。k的取值从0到频域分量总数N f 。t i 是采样时刻，基频ω0=2π/T，T是采样周期，Nt为采样时刻总数。为体现初始时刻温度分布对当前出口温度的影响，采样周期T及采样时刻总数Nt中，除0时刻之后的当前时刻外，还包含了边界条件的一段历史数据来体现系统中各变量初始状态的影响。一般数值计算中采用快速傅里叶变换来高效地计算上述关系式（16）。/>为热流体在采样时刻t i 的进口温度值，/>为冷流体在采样时刻t i 的进口温度值，/>为热流体在频域空间下位于进口处的第k个频域温度值，/>为冷流体在频域空间下位于进口处的第k个频域温度值。对于流体出口温度确定模型采用频域传递函数矩阵来描述进出口温度之间的线性关系，可根据频域序列信号确定流体出口温度确定模型中的频域传递函数矩阵；基于频域序列信号，根据频域传递函数矩阵、换热器的热流体进口温度和冷流体进口温度，得到一组位于频域空间的流体出口频域温度值。换言之，将频域序列信号在各频域分量也即ω=kω 0代入上述关系式（8）的频域传递函数矩阵表达式H(ω)中，得到在第k个频率分量上的频域传递函数复数值H(k ω 0)，H(kω 0)为一复数矩阵，表示输入正弦信号在经过系统传递后发生的相位偏移和幅值放大/缩小倍率。然后获取流体进口温度，流体进口温度包括热流体进口温度和冷流体进口温度；在各频域分量下，采用复数乘法运算，将各频域分量上的频域传递函数矩阵与输入信号也即流体进口温度进行相乘，也即在各频域分量下，将输入值（热流体、冷流体进口温度）和频域传递函数的值做复数乘法运算，得到一系列频域分量下的输出值，流体出口温度包括换热器的热流体位于出口处的温度以及冷流体位于出口处的温度，相应的，输出值即为热流体、冷流体出口温度，从而得到热流体、冷流体出口温度在第k个频率分量上的值和/>，如下述关系式（16）所示：
；（16）
最后，按照在时间序列上将各流体出口频域温度值进行叠加的方式，得到位于时域空间下的换热器的流体出口温度，也即将各频域分量上复数形式表示的正弦输出信号转换为振幅和相位表示的时域正弦信号，根据线性系统叠加定理，在各采样时刻下也即时间序列上对各频域分量下的正弦信号也即出口温度正弦信号进行加和，从而得到时间序列上的输出值也即采样时刻ti的值，完成输出值从频域到时域的反变换，完成热、冷流体出口温度响应的计算。其中，采样时刻t i 的值可利用下述关系式（17）表示为：
；（17）
进一步的，为了提高流体出口温度的确定效率，提升服务器的散热性能，可在本地预先存储时域温度确定关系式，也即上述关系式（17），通过直接调用时域温度确定关系式便可确定换热器的流体出口温度；时域温度确定关系式即为：
；
式中，为热流体在采样时刻t i 的出口温度值，/>为冷流体在采样时刻t i 的出口温度值，/>为热流体在频域空间下位于出口处的第k个频域温度值，为冷流体在频域空间下位于出口处的第k个频域温度值，N f 为流体出口频域温度值的总数，ω 0为基频，Re表示实部，Im表示虚部。
对于调用出口温度响应模型根据冷却液入口温度边界时序信号和冷却液的进口温度来确定冷却液的出口温度响应值的实现过程，可根据上述实施例所记载的冷流体出口温度响应的计算方式来实现，示例性的，可先获取冷却液入口温度边界时序信号，并将冷却液入口温度边界时序信号转换至频域空间，得到一组冷却液频域序列信号；获取冷却液的进口温度；将冷却液的进口温度和冷却液频域序列信号，输入至出口温度响应模型，得到一组位于频域空间的冷却液出口频域温度响应值；将各冷却液出口频域温度响应值转换至时域空间，得到冷却液位于时域空间下的出口温度响应值。本实施例与上述实施例相同的地方可参阅上述实施例所记载的内容，此处，便不再赘述。
由上可知，本实施例在对服务器散热控制过程中，反映换热器的动态散热过程的流体出口温度确定模型和反映机柜动态散热过程的出口温度响应模型未做过度简化，考虑了流体热容的影响和换热壁面温度沿流向的变化。同时由于在频域上分析计算，极大减少了模型中间节点数和计算耗时，上述数值计算误差仅来源于对边界信号的离散傅里叶变换，通过增加频域分量数可以一定程度上减小误差。本实施例所提供的服务器散热控制系统可进一步应用于服务器冷却系统的热仿真、调度、控制和管理中，通过动态热分析可以了解服务器在时变负载下的散热情况，从而优化散热设计，提高服务器冷却系统的散热效率。结合频域分析方法可以快速预测服务器可能出现的散热问题，如过热、温度不均匀等，及时采取措施避免服务器故障和损坏，有效提升服务器的散热性能。
最后，本发明还提供了一种服务器散热系统，请参见图6，可包括一浸没式液体冷却系统，如可为单相强制对流浸没式液体冷却系统，其通过冷却液的循环流动或相变带走服务器产生的热量，然后通过换热器将热量传递到冷却装置。由于冷却液直接接触发热设备，大大降低了传热热阻，提高了高热流密度设备的散热效率，同时改善了设备的温度均匀性，减少了局部热点。其次，浸没式液体冷却系统能够提高整个系统的紧凑度和集成度，使系统的占地面积可以缩减至原风冷系统的1/3。此外，这种技术能够节能降耗，降低系统的运营成本，并且具有噪声和灰尘污染小、系统安全性高的特点。该浸没式液体冷却系统包括冷却液池601、换热器602、外部冷源603、液体泵604及处理器605；当然，其还包括壳体、服务器模块、电气控制系统、连接管路和其他附件组成，本实施例对此不作任何限定。其中，如图7所示，服务器机柜位于冷却液池601，液体泵604分别与换热器602、冷却液池601相连，外部冷源603连接至换热器602的一端，用于向换热器602输入冷冻水，冷却液冲刷需要散热的机柜部件表面，流出机柜后将吸收的热量在换热器中释放给外界冷冻水。处理器605执行存储器中存储的计算机程序时实现如前任一个实施例所记载的服务器散热控制系统进行散热控制过程中的相关方法步骤。
本发明实施例所述服务器散热系统的各功能模块的功能可根据上述服务器散热控制系统实施例中的具体实现，其具体实现过程可以参照上述服务器散热控制系统实施例的相关描述，此处不再赘述。
由上可知，本实施例能够精准分析服务器的动态散热特性，从而在确保满足服务器的散热需求的基础上，降低服务器的能耗，提高服务器的能源利用率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上对本发明所提供的一种服务器散热控制系统及服务器散热系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，基于本发明中的实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (21)

1.一种服务器散热控制系统，其特征在于，包括数据采集器、换热器建模器、服务器机柜建模器、频域分析器、温度模型构建器、出口温度预测器和散热控制器；
所述数据采集器包括热参数传感器和尺寸测量仪，用于采集服务器冷却系统的换热器和冷却液池的热参数及几何尺寸参数；
所述换热器建模器，用于根据所述数据采集器发送的换热器的热参数和几何尺寸参数，确定换热器在散热过程中各介质之间的热能交换信息；
所述服务器机柜建模器，用于根据所述数据采集器发送的冷却液池的热参数和几何尺寸参数，确定服务器机柜与冷却液在散热过程中的换热信息；
所述频域分析器，用于对所述换热器建模器发送的热能交换信息，和所述服务器机柜建模器发送的换热信息进行频域分析，得到频域空间下的热能交换信息和频域空间下的换热信息；
所述温度模型构建器，用于基于所述换热器的进出口温度呈线性关系，根据频域空间下的热能交换信息构建所述换热器的流体出口温度确定模型；根据频域空间下的换热信息构建所述冷却液的出口温度响应模型；
所述出口温度预测器，用于从所述温度模型构建器中调用流体出口温度确定模型和出口温度响应模型，从所述数据采集器分别获取所述换热器和冷却液的流体入口温度边界时序信号和流体进口温度；利用所述流体出口温度确定模型，根据所述换热器的流体入口温度边界时序信号和所述换热器的流体进口温度，确定所述换热器的流体出口温度；利用所述出口温度响应模型，根据冷却液入口温度边界时序信号和冷却液进口温度，确定所述冷却液的出口温度响应值；
所述散热控制器，用于根据所述出口温度预测器发送的所述换热器的流体出口温度和所述冷却液的出口温度响应值，控制所述服务器的散热过程。
2.根据权利要求1所述的服务器散热控制系统，其特征在于，所述对所述换热器建模器发送的热能交换信息，和所述服务器机柜建模器发送的换热信息进行频域分析，得到频域空间下的热能交换信息和频域空间下的换热信息，包括：
根据服务器冷却系统的散热过程，确定换热器参与散热过程的各介质为热流体、冷流体和换热壁面；
基于所述热流体、所述冷流体和所述换热壁面具有热量守恒关系，确定所述换热器各介质之间的热能交换信息。
3.根据权利要求2所述的服务器散热控制系统，其特征在于，所述基于所述热流体、所述冷流体和所述换热壁面具有热量守恒关系，确定所述换热器各介质之间的热能交换信息，包括：
基于所述热流体和所述冷流体的物性具有各向同性且不随温度变化的特性，忽略所述热流体和所述冷流体对环境的漏热、所述换热壁面垂直于流体流动方向的导热和流体内的导热，根据所述热流体、所述冷流体和所述换热壁面之间的热量守恒关系确定所述换热器各介质之间的热能交换信息。
4.根据权利要求1所述的服务器散热控制系统，其特征在于，所述对所述换热器建模器发送的热能交换信息，和所述服务器机柜建模器发送的换热信息进行频域分析，得到频域空间下的热能交换信息和频域空间下的换热信息，包括：
根据服务器冷却系统的散热过程确定换热器各介质之间的热能交换信息，并通过调用热能交换关系式表示所述换热器各介质之间的热能交换信息；所述热能交换关系式为：
；
式中，C h 、G h 、T h 分别表示热流体的热容、热流体的热容量流和热流体的温度，C c 、G c 、T c 分别表示冷流体的热容、冷流体的热容量流和冷流体的温度，C w 、G w 、T w 分别表示换热壁面的热容、换热壁面的热容量流和换热壁面的温度，(kA) h 为热流体的流体热导，(kA) c 为冷流体的流体热导，(kA) w 为换热壁面的流体热导，(Mc p ) w 为换热壁面的热容，L为换热总长度，x为位置，t为时间。
5.根据权利要求1所述的服务器散热控制系统，其特征在于，所述频域分析器用于将所述热能交换信息从时域空间转换至频域空间，所述基于所述换热器的进出口温度呈线性关系，根据频域空间下的热能交换信息构建所述换热器的流体出口温度确定模型，包括：
根据位于所述频域空间的热能交换信息确定热流体与冷流体之间的频域温度关系；
根据所述频域温度关系，确定所述热流体和所述冷流体分别在所述频域空间下的温度信息；
根据所述换热器的进口边界信息、换热总长度、所述热流体在所述频域空间下的温度信息和所述冷流体在所述频域空间下的温度信息，确定所述热流体和所述冷流体的出口温度信息；
基于所述换热器的进出口温度呈线性关系，根据所述热流体和所述冷流体的出口温度信息，构建流体出口温度确定模型。
6.根据权利要求5所述的服务器散热控制系统，其特征在于，所述流体出口温度确定模型的构建过程包括：
基于所述换热器的热流体进口边界信息、所述换热器的冷流体进口边界信息、所述热流体的温度信息和所述冷流体的温度信息，确定所述热流体和所述冷流体分别在所述频域空间的目标位置处的温度；
根据换热总长度、所述热流体在所述频域空间的目标位置处的温度和所述冷流体在所述频域空间的目标位置处的温度，确定所述热流体和所述冷流体的出口温度信息；
根据所述热流体和所述冷流体的出口温度信息，通过采用传递函数矩阵的形式表示所述换热器的进出口温度之间的关系，构建所述换热器的流体出口温度确定模型。
7.根据权利要求5所述的服务器散热控制系统，其特征在于，所述根据所述频域温度关系，确定所述热流体和所述冷流体分别在所述频域空间下的温度信息，包括：
调用热流体温度关系式，计算所述热流体在所述频域空间下的频域温度值；其中，所述热流体温度关系式为：
；
调用冷流体温度关系式，计算所述冷流体在所述频域空间下的频域温度值；其中，所述冷流体温度关系式为：
；
式中，为所述热流体的频域温度值，/>为所述冷流体的频域温度值，G h 为所述热流体的热容量流，G c 为所述冷流体的热容量流，C h 为所述热流体的热容，C c 为所述冷流体的热容，C 1为第一待定系数，C 2为第二待定系数，e表示指数，x为位置，ω为频率，j为虚数单元，α为第一中间参数，/>，β c 为第二中间参数，/>，β h 为第三中间参数，/>，(kA) h 为热流体的流体热导，(kA) c 为冷流体的流体热导，(Mc p ) w 为换热壁面的热容，L为换热总长度。
8.根据权利要求5所述的服务器散热控制系统，其特征在于，所述基于所述换热器的进出口温度呈线性关系，根据所述热流体和所述冷流体的出口温度信息，构建流体出口温度确定模型，包括：
调用出口温度表达式作为所述流体出口温度确定模型；所述出口温度表达式为：
；
式中，为所述热流体在出口处的频域温度值，/>为所述热流体在进口处的频域温度值，/>为所述冷流体在出口处的频域温度值，/>为所述冷流体在进口处的频域温度值，L为换热总长度，r 1为第四中间参数，r 2为第五中间参数，θ 1为第六中间参数，θ 2为第七中间参数，H(ω)表示频域传递函数矩阵，ω为频率，e表示指数。
9.根据权利要求1所述的服务器散热控制系统，其特征在于，所述服务器冷却系统包括多个换热器，各换热器串联为换热网络，所述基于所述换热器的进出口温度呈线性关系，根据频域空间下的热能交换信息构建所述换热器的流体出口温度确定模型，包括：
根据第一个换热器的流体进口温度信息、所述第一个换热器和目标换热器之间的各中间换热器的频域传递函数矩阵，构建所述目标换热器的流体出口温度确定模型。
10.根据权利要求9所述的服务器散热控制系统，其特征在于，所述换热网络包括N个换热器，所述根据第一个换热器的流体进口温度信息、所述第一个换热器和目标换热器之间的各中间换热器的频域传递函数矩阵，构建所述目标换热器的流体出口温度确定模型，包括：
调用换热网络温度表达式，作为所述目标换热器的流体出口温度确定模型；所述换热网络温度表达式为：
；
式中，为第N个换热器的热流体的频域温度值，/>为第N个换热器的冷流体的频域温度值，/>为第一个换热器的热流体的进口处的频域温度值，/>为第一个换热器的冷流体的进口处的频域温度值，/>为换热网络s的第N个换热器的频域传递函数矩阵。
11.根据权利要求1所述的服务器散热控制系统，其特征在于，所述根据频域空间下的换热信息构建所述冷却液的出口温度响应模型，包括：
根据位于所述频域空间的换热信息确定所述冷却液的频域温度信息；
根据所述冷却液对应的边界条件和所述冷却液的频域温度信息，构建所述冷却液的出口温度响应模型。
12.根据权利要求1所述的服务器散热控制系统，其特征在于，所述服务器机柜建模器还用于调用换热关系式表示所述服务器机柜与冷却液之间的换热信息；所述换热关系式为：
；
式中，T w0表示服务器机柜散热部件w0的温度，T c0表示冷却液的温度，C c0表示冷却液的热容，G c0表示冷却液的热容量流，(kA) c0为冷却液的流体热导，(Mc p ) w0为服务器机柜散热部件w0的等值热容，L 0为冷却液流经长度，q为机柜内热源产热功率，x为位置，t为时间。
13.根据权利要求1所述的服务器散热控制系统，其特征在于，所述根据频域空间下的换热信息构建所述冷却液的出口温度响应模型，包括：
调用冷却液出口温度关系式，作为所述冷却液的出口温度响应模型；所述冷却液出口温度关系式为：
；
式中，为所述冷却液在频域空间的出口温度响应值，/>为所述冷却液在频域空间的进口温度值，e表示指数，L 0为冷却液流经长度，σ1为第八中间参数，σ2为第九中间参数。
14.根据权利要求1至13任意一项所述的服务器散热控制系统，其特征在于，所述利用所述流体出口温度确定模型，根据所述换热器的流体入口温度边界时序信号和所述换热器的流体进口温度，确定所述换热器的流体出口温度，包括：
获取所述换热器的流体入口温度边界时序信号，并将所述流体入口温度边界时序信号转换至频域空间，得到一组频域序列信号；
获取所述换热器的热流体进口温度和冷流体进口温度；
将所述热流体进口温度、所述冷流体进口温度和所述频域序列信号，输入至所述流体出口温度确定模型，得到一组位于频域空间的流体出口频域温度值；
将各流体出口频域温度值转换至时域空间，得到所述换热器的流体出口温度。
15.根据权利要求14所述的服务器散热控制系统，其特征在于，所述将所述热流体进口温度、所述冷流体进口温度和所述频域序列信号，输入至所述流体出口温度确定模型，得到一组位于频域空间的流体出口频域温度值，包括：
根据所述频域序列信号确定所述流体出口温度确定模型中的频域传递函数矩阵；
基于所述频域序列信号，根据所述频域传递函数矩阵、所述换热器的热流体进口温度和冷流体进口温度，得到一组位于频域空间的流体出口频域温度值。
16.根据权利要求15所述的服务器散热控制系统，其特征在于，所述将各流体出口频域温度值转换至时域空间，得到所述换热器的流体出口温度，包括：
按照在时间序列上将各流体出口频域温度值进行叠加的方式，得到位于时域空间下的所述换热器的流体出口温度。
17.根据权利要求1至13任意一项所述的服务器散热控制系统，其特征在于，所述利用所述出口温度响应模型，根据冷却液入口温度边界时序信号和冷却液进口温度，确定所述冷却液的出口温度响应值，包括：
获取冷却液入口温度边界时序信号，并将所述冷却液入口温度边界时序信号转换至频域空间，得到一组冷却液频域序列信号；
获取冷却液进口温度；
将所述冷却液进口温度和所述冷却液频域序列信号，输入至所述出口温度响应模型，得到一组位于频域空间的冷却液出口频域温度响应值；
将各冷却液出口频域温度响应值转换至时域空间，得到所述冷却液位于时域空间下的出口温度响应值。
18.根据权利要求1至13任意一项所述的服务器散热控制系统，其特征在于，所述利用所述流体出口温度确定模型，根据所述换热器的流体入口温度边界时序信号和所述换热器的流体进口温度，确定所述换热器的流体出口温度，包括：
调用时域温度确定关系式，确定所述换热器的流体出口温度；所述时域温度确定关系式为：
；
式中，为热流体在采样时刻t i 的出口温度值，/>为冷流体在采样时刻t i 的出口温度值，/>为热流体在频域空间下位于出口处的第k个频域温度值，/>为冷流体在频域空间下位于出口处的第k个频域温度值，N f 为流体出口频域温度值的总数，ω 0为基频，Re表示实部，Im表示虚部。
19.根据权利要求1至13任意一项所述的服务器散热控制系统，其特征在于，所述热参数传感器包括温度传感器组；
其中，所述温度传感器组包括多个温度传感器，各温度传感器分别部署于换热器流体入口处、换热器流体出口处、所述换热器的多个目标位置、冷却液池入口处、冷却液池出口处及冷却液池的多个目标位置。
20.根据权利要求19所述的服务器散热控制系统，其特征在于，所述热参数传感器包括至少一个热容测定仪、至少一个热值仪及至少一个热导检测器；
其中，所述热容测定仪，用于测量所述换热器的热流体、所述换热器的冷流体、所述冷却液池的冷却液的热容及所述服务器机柜的散热部件的热容；
所述热值仪，用于测量所述换热器的热流体和冷流体的热容量；
所述热导检测器，用于检测所述换热器的热流体、所述换热器的冷流体、所述冷却液的流体热导。
21.一种服务器散热系统，其特征在于，包括浸没式液体冷却系统及如权利要求1至20任一项所述的服务器散热控制系统；
其中，所述浸没式液体冷却系统包括冷却液池、换热器、外部冷源及液体泵；服务器机柜位于所述冷却液池，所述液体泵分别与所述换热器、所述冷却液池相连，所述外部冷源连接至所述换热器的一端。
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