海底数据散热中心的数量优化

海底数据散热中心的数量优化

肖亚宁 闫惠俊 靳一博

华北理工大学

摘 要

目前，全球数据中心每年消耗的电量中能源消耗的成本所占比重较大，特别是电子器件消耗的能量占比极大；而大数据中心建设在陆地上不仅需要占用大量土地，且冷却时需要消耗大量的电能和冷却水资源，花费大量建设成本。

对于海底数据中心，如何在有限的体积内存放更多的服务器且保证服务器工作过程中向海水中正常快速的散热是一项非常有挑战性的问题。

针对服务器安装数量问题：从集装箱的最大散热程度和最多产热两个方面考虑，利用自然对流传热和强制对流传热原理，使用自然对流公式和牛顿冷却公式进行计算。

关键字：牛顿冷却公式、对流传热

一．服务器安装数量问题

针对服务器安装数量问题：需要综合考虑多个变量，数据中心集装箱的尺寸，单个IU服务器产热的功效。流体与固体的主要冷却方式是对流传热，对流传热又分为自然对流与强制对流两种方式，应考虑这两种方式，并根据发热功率=传热功率来求解最大数量。考虑到数据中心集装箱体积，需要建立几何模型来确定在体积条件限定下的最大数量。

最后三个结果进行取小运算，充分考虑各种情况。、

方
法流程图

1.1考虑散热情况下最大数目的求解

1.自然对流传热

1）根据自然对流换热原则性准则方程，工程中广泛使用的是下列形式的关联式：

2）结合题目数据与假设，利用定性温度来确定流体的物性：

3）确定定性温度后，我们查资料来确定流体的物性（在定性温度为50℃，流体压强为0.2M兆帕情况下，用水近似代替海水），查得相关参数并带入下式，解出传热功率：

4）根据上式所得传热功率，我们可以建立方程，假设仅考虑服务器散热需求，最大可放置 个服务器，建立下述方程：

5）结果：计算求得的 的值。

2.强制对流传热

使用牛顿冷却公式来计算传热功率

牛顿冷却公式:

结果：计算求得的 的值。

1.2 考虑集装箱体积情况下最大数目的求解

当不考虑散热对集装箱的影响，只考虑一个集装箱最多可以放多少个服务器机箱时，这就是一个在一个固定容器中如何合理放置的问题，而在现实问题中，每个服务器机箱不能够紧密地挨在一起，同时为了更好的散热，我们可以将服务器机箱的长宽高进行扩大，将高度扩大为50毫米，宽度扩大为500毫米，长度扩大为550毫米。

在集装箱内的排列方式有很多种，本文只介绍一种方法。

集 装箱放置截面图

1. 排列方式如上集装箱侧视图所示，经计算所绘得的线段AB之间可放的服务器数量

2）图中AB上侧空余位置放置的服务器数量可由下列公式求得：

3）结果：一个集装箱最多可放服务器机箱数量 。

1.3 最终结果

参考文献

[1]李晓辰. (2017). 低温海水外掠圆管流动与换热规律研究. (Doctoral dissertation, 中国石油大学(华东)).

[2]杨丁丁, 柳建华, 徐小进,等. 套管内海水流动的对流换热特性研究[J]. 热能动力工程, 2019(3):85-91.

[3]庄华民. 海洋环境金属材料的腐蚀和防护[J]. 电讯技术, 1985(06):53-61+66.

[4]杨世铭, 陶文铨. 传热学(第4版) [Heat Transfer][M]. 高等教育出版社, 2006.