當各位在召喚師峽谷中縱橫馳騁的時候，是否想過游戲的而服務器在什么樣的環境下運行呢？那就是數據中心，簡稱IDC，是眾多服務器集中放置的一個恒溫恒濕的環境。正因為服務器有一個穩定安全的運行環境，我們才能在峽谷里斬獲五殺超神。不僅如此，諸如網購、社交等一切基于互聯網的服務都要依靠服務器穩定的運行。

  

    IDC（Information Data Center，數據中心）是存放大量數據服務器的機房，為眾多服務器提供允許運行的適當的溫度、濕度環境。在當今互聯網與大數據蓬勃發展的背景下，數據中心的的穩定、安全運行變得尤為重要。服務器的宕機可能會給數據中心所服務的范圍的經濟民生帶來無法預知的后果，基于數據中心的具體規模，少則單個城市與縣、鄉，大到一個方圓數百公里的經濟輻射帶。基于此，對于數據中心制冷系統的氣流組織和冷量分析在數據中心的規劃和建設中具有舉足輕重的地位。良好的制冷系統設計和氣流組織布局對于數據中心安全、節能地運行是必要的。

                                    　　　　　　圖1. 騰訊位于貴州的某數據中心

    數據中心在正式投入運營前需要對空調系統的制冷能力進行測試，這是因為一般對服務器的運行環境有一定的要求，如果溫度濕度過高，容易造成服務器的元件損壞或是宕機；溫度過低，則會造成服務器的反應不靈敏，影響網絡服務的響應速度。通常服務器不得在高于40℃的環境下工作，濕度則根據不同數據中心的具體情況一般在30%~60%之間。對制冷能力的測試方法其中有一種被稱為“假負載測試”。

  何為“假負載測試”？簡單地說，在機房中擺放一些近似純電阻性質的負載來代替真正的服務器，然后給這些負載通電，并按設計的室內溫度開啟機房制冷系統，監測機房內的溫濕度情況，看看溫濕度是否在正常范圍內。利用這種方法可以測得不同比例IT荷載下精密空調系統的制冷能力和回風溫度，從而為以后的運維提供數據依據。假負載測試被大多數數據中心運營公司廣泛采用，但是其缺點也是非常顯著的。首先假負載測試需要購買或租賃大量帶有純電阻原件的假負載，并根據測試需要選擇很多不同功率級別的假負載或者可調節功率的假負載；測試前需要耗費大量人力和時間布置假負載，測試時需要繁多的測點數據記錄，測試一個工況的周期較長；另外，數據中心并非每次假負載測試都有實施的客觀條件。以上缺陷，對于規模較小的數據中心往往是難以承受的。然而，計算流體力學（CFD）的發展為解決上述問題提供了一種新的途徑。用計算流體力學技術，對數據中心系統進行建模，并對求解域進行網格化，然后求解質量守恒、動量守恒和能量守恒三大基本方程的數值形式、利用合理的時間格式，計算出穩態或瞬態數據中心內的溫度場和速度場。而且數據中心的的相關CFD數值計算方法一般不涉及多相流、大渦旋、高速流等一些CFD領域的難點問題，求解算法已比較成熟，且能達到較高的準確度。通過CFD技術預測不同負荷下空調系統的制冷性能和回風溫度，具有比傳統假負載測試更方便、更快速的優點。

     這里采用的是6sigmaDC軟件對某個數據中心進行建模和計算。6SigmaDC是一款專用于數據中心領域的CFD仿真工具，還可以用于對電子元器件的熱仿真分析。6SigmaDC提供了大量數據中心專有模塊，幫助用戶快速建模，例如：PDU（分布式供配電單元）、UDF（不間斷供電系統）、精密空調單元、機柜等。此外，6SigmaDC的PAC study功能也方便用戶對不同工況案例進行控制變量后的不同結果對比研究。

   根據項目數據中心實際規模，數據中心規模為1131㎡，高3.44m，架空地板的高度為0.64m，采用下出風空調，架空地板下面的空間相當于靜壓箱的作用。所有出風口的尺寸均為常規的600mm×600mm。共有機柜336個，分12列布置，每列28個機柜，以形成6個冷通道。項目為2U-4kW服務器機架，為北京東南及燕郊周邊提供服務器場地租賃服務和相應的維護、以及必要的運行溫度、濕度。機柜出風溫度需要限制在36℃以下，采用常規下送風方式。精密空調風機轉速通過數據中心的回風溫度傳感器進行控制。數據中心內南北兩側分列兩列精密空調，每列6臺，每臺額定制冷量120kW。模型平面圖如下圖所示。

                                                　　　圖2. 數據中心平面圖

   圖3為機柜底部的溫度分布云圖。其中中部一根柱子附近的的機柜出風口處溫度達到了36.9℃，這超過溫度規定范圍，這可能時由于機柜距離柱子過近，偏下層的機柜出風氣流受到柱子的阻礙，只能順著柱子爬升，無法迅速散出。而且通過對圖4中各處機柜低中高不同高度的最大進風溫度進行分析，發現機柜頂部的最大進風溫度遠遠大于下面兩層，相差達到15℃左右，這種情況在機房中間處更為嚴重，造成了機柜不同高度的進風處理熱負荷的能力存在顯著的不均衡。造成這種不均衡的原因是目前的模型中，進風和出風之間沒有有效的隔離，在冷熱區之間形成了氣流短路，導致冷熱抵消，從而負面影響制冷的效果。這種影響通過選取若干機柜進行氣流矢量的分析也可以看到。如圖5所示，選取中間的若干機柜和精密空調進行流場分析，會發現在機柜的頂部進風與出風流線十分靠近，造成氣流組織短路。綜合上述問題，對于原型模型的優化改進首先將從優化氣流組織入手。

                                                   　　　 圖3. 數據中心機房溫度云圖

                                      　　　 圖4. 數據中心機柜不同高度的最大進風溫度分布

圖5. 機柜局部速度矢量圖

    一般解決冷熱抵消的一個比較好的方法就是封閉冷通道。所謂封閉冷通道，就是將“冷區”相鄰的兩列服務器機柜的的兩端和它們之間的頂部區域封閉，不讓進入的冷空氣和排出的熱空氣混合。冷通道的作用是將機柜的進風區域和出風區域物理分隔開，通過封閉機柜冷通道，最大限度地減少氣流的冷熱抵消，提高制冷效能。如圖6所示，當封閉冷通道后出風區域與進風區域的溫度差距變得非常明顯，且整個機房的最高溫度點僅為29.6℃，達到了機房最高熱點不超過36℃的控制目標。而熱通道區域的溫度分布也比沒有冷通道時顯得更加均一，說明冷通道對于減少冷熱抵消具有積極的作用。

                                    　　　　　　圖6. 封閉冷通道后數據中心機房平面溫度云圖

   而通過對于這種情況下不同高度的最大進風溫度的云圖分析，可以從圖7看到，各處不同機柜不同高度的最大進風溫度更加趨于一致性，這與沒有冷通道封閉時的情況差異巨大。加入封閉冷通道之后有效地改善了氣流組織情況，使得空調向每個機柜輸送的冷量近乎一致，從而確保每個機柜得到幾乎同樣的冷卻效果，避免嚴重的制冷負載失衡現象。

                            　　　圖7. 封閉冷通道后機柜不同高度的最大進風溫度分布

   至此可以看到，通過6sigmaDC工具，較為便捷地實現了對于數據中心機房設計的改變并預測了改變后的制冷效果和氣流組織效果，有效地對比了有無封閉冷通道的情況。

 好了，我們的服務器有了如此穩定安全的運行環境，這下我們可以超神吃雞了！......不，你確定你缺的是服務器，而不是超神吃雞的操作嗎？不說了，我現在又漏炮車了。

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