基于Flotherm的通用型服務(wù)器散熱設(shè)計(jì)及仿真分析

熱設(shè)計(jì)網(wǎng) 2024-03-25

隨著科技的不斷進(jìn)步,大數(shù)據(jù)、人工智能的應(yīng)用場(chǎng)景日益增多,大型數(shù)據(jù)中心不斷落成。海量數(shù)據(jù)需要不間斷的處理，導(dǎo)致服務(wù)器的溫度久高不下。同時(shí),服務(wù)器的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)也帶來(lái)巨大的能源消耗,散熱功耗占據(jù)了整個(gè)數(shù)據(jù)中心總功耗的三成以上。因此,低成本、高效率地對(duì)服務(wù)器進(jìn)行溫度控制至關(guān)重要。本文以通用型服務(wù)器為研究對(duì)象，介紹服務(wù)器高功耗部件的散熱設(shè)計(jì)，并使用仿真軟件Flotherm對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。

1.模型介紹

通用型服務(wù)器的主要部件包括CPU、內(nèi)存、硬盤，PSU和散熱風(fēng)扇。服務(wù)器的應(yīng)用為：最高環(huán)溫為35℃，1500m海拔。在正常運(yùn)行時(shí)，要求滿足服務(wù)器各部件的溫度降額要求。圖1為服務(wù)器簡(jiǎn)化模型。

圖1 服務(wù)器簡(jiǎn)化模型

2.散熱設(shè)計(jì)

服務(wù)器采用風(fēng)冷散熱架構(gòu)，合理設(shè)計(jì)散熱器，搭配導(dǎo)風(fēng)罩，滿足各部件的溫度要求，下表為各部件的功耗及溫度要求。

表1 各部件功耗及溫度要求

1）CPU功耗較高，因此選用高性能的熱管型散熱器；

2）CPU及散熱器與內(nèi)存存在高度差，因此搭配導(dǎo)風(fēng)罩合理規(guī)劃氣流；

3）硬盤對(duì)溫度較為敏感，因此放置在服務(wù)器入風(fēng)口處；

4）考慮機(jī)箱空間尺寸，選擇后置4顆8056風(fēng)扇，為整機(jī)提供充足風(fēng)量。

3.仿真計(jì)算

使用專業(yè)電子散熱仿真軟件Flotherm進(jìn)行散熱仿真，合理劃分網(wǎng)格，保證溫度梯度較大處有足夠多的網(wǎng)格，使仿真結(jié)果更加準(zhǔn)確。

設(shè)置溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，仿真至各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度收斂。圖2為服務(wù)器仿真模型，圖3為服務(wù)器系統(tǒng)導(dǎo)風(fēng)罩，圖4為系統(tǒng)網(wǎng)格截面。

圖2 服務(wù)器仿真模型

圖3 服務(wù)器系統(tǒng)導(dǎo)風(fēng)罩

圖4系統(tǒng)網(wǎng)格截面

4.結(jié)果分析

仿真計(jì)算收斂后，整理各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度，查看服務(wù)器系統(tǒng)的溫度截面云圖、速度截面云圖，判斷仿真結(jié)果是否合理。

表2為各部件的溫度，可以看出當(dāng)前工況下，所有部件都滿足散熱要求，其中CPU的溫度余量最小，為散熱瓶頸點(diǎn)。

表2 各部件仿真溫度

以CPU的溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置為基準(zhǔn)，提取縱向溫度截面云圖，可以看出氣流從入口流經(jīng)硬盤區(qū)域，再流經(jīng)CPU和內(nèi)存區(qū)域，出現(xiàn)了明顯的熱級(jí)聯(lián)現(xiàn)象。

圖5 溫度云圖

提取系統(tǒng)縱向截面的速度云圖，可以看出氣流在流經(jīng)固體之間的狹小縫隙處，速度較大，后續(xù)可以根據(jù)氣流速度分布來(lái)合理優(yōu)化器件布局，從而進(jìn)一步提升散熱效果。

圖6 速度云圖

5.總結(jié)

本文對(duì)通用型服務(wù)器進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)，包括散熱器的選型，導(dǎo)風(fēng)罩設(shè)計(jì)，風(fēng)扇選型等，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行散熱仿真分析，結(jié)果顯示各器件均滿足散熱要求。文中的散熱設(shè)計(jì)方法及仿真流程，對(duì)服務(wù)器風(fēng)冷散熱設(shè)計(jì)具有一定參考意義。

作者：熱設(shè)計(jì)網(wǎng)專家團(tuán)