Progresso da pesquisa de resfriamento por mudança de fase submersa em data centers

Com a melhoria do desempenho do computador e a integração dos equipamentos de computação, a densidade do fluxo de calor dos data centers aumentou e os requisitos para sistemas de dissipação de calor também estão aumentando. Devido aos pontos quentes e aos problemas de alto consumo de energia do resfriamento a água e do ar tradicional, é difícil atender aos problemas emergentes

Os requisitos de dissipação de calor dos dispositivos eletrônicos levaram ao desenvolvimento da tecnologia de resfriamento por mudança de fase imersa. O sistema de resfriamento de mudança de fase imerso é composto principalmente por uma seção de evaporação, uma seção de condensação e um sistema de circulação.

O equipamento de aquecimento é imerso em um contato direto isolante inerte com o agente para dissipação de calor.

Este método tem as vantagens de um bom desempenho de dissipação de calor e baixo consumo de energia. Atualmente, a tecnologia de resfriamento por mudança de fase de imersão está em sua infância. Nos próximos anos, com o rápido desenvolvimento de tecnologias como indústria inteligente e computação em nuvem, novas tecnologias de dissipação de calor representadas pelo resfriamento por mudança de fase de imersão certamente se tornarão a tecnologia de dissipação de calor convencional para data centers.

Este artigo toma a estrutura principal e o princípio do sistema de resfriamento com mudança de fase imersa como ponto de partida, analisa o foco da pesquisa atual e o status de desenvolvimento da seleção de materiais de resfriamento e o mecanismo de transferência de calor por ebulição, e as perspectivas para a tecnologia de resfriamento com mudança de fase imersa .

Os estudiosos realizaram muitas pesquisas sobre os métodos de dissipação de calor de data centers: a dissipação de calor resfriado a ar tradicional foi otimizada para a organização do fluxo de ar, os servidores de dissipação de calor resfriados a água foram instalados com backplanes, tecnologia de dissipação de calor por tubo de calor, mudança de fase submersa resfriamento e recuperação de calor residual.

Pesquisa em uma variedade de tecnologias para reduzir o consumo de energia. Ao mesmo tempo, grandes fabricantes de servidores no país e no exterior também estão explorando ativamente métodos eficientes de dissipação de calor. A empresa Sugon da China' uma vez lançou um servidor de resfriamento imerso, conforme mostrado na Figura 2.

Este servidor pode ser usado em data centers. O valor PUE da sala de computadores é reduzido para 1,05 e o consumo de energia é reduzido em mais de 30% em comparação com o data center tradicional refrigerado a ar. Os benefícios econômicos são significativos. O" Kirin" servidor lançado pelo Alibaba não requer ar-condicionado, ventiladores e outros acessórios e pode ser implantado em qualquer lugar. Ele economiza mais de 75% do espaço e seu alto grau de hermeticidade mantém os componentes eletrônicos longe de poeira, umidade e outros fatores, e é protegido de interferências externas. Além dos equipamentos de dissipação de calor, algumas empresas estão comprometidas com a pesquisa e o desenvolvimento de meios de resfriamento, desenvolvidos pela 3M nos Estados Unidos. Um refrigerante Novec, que possui as propriedades isolantes mais básicas, tem um ponto de ebulição inferior ao dos meios de resfriamento comuns (como água pura, líquido fluorado e óleo mineral).

Em várias direções de pesquisa, imersão Devido às suas vantagens, como alto desempenho de dissipação de calor, manutenção conveniente e baixo ruído, a tecnologia de resfriamento de mudança de fase se tornou o foco da pesquisa atual.

Seleção do meio de resfriamento O dispositivo do sistema de resfriamento com mudança de fase imersa requer alto desempenho de vedação e requisitos mais elevados para instalações de hardware; ao mesmo tempo, a escolha do meio de resfriamento também é a chave para a tecnologia de resfriamento de mudança de fase imersa. O meio de resfriamento qualificado deve ter as seguintes características.

(1) Possui alto calor latente de vaporização, ou seja, a mesma quantidade de dissipação de calor utiliza menos meio de resfriamento, o que pode melhorar a eficiência de dissipação de calor ao mesmo tempo em que reduz o consumo de energia adicional de bombas, torres de resfriamento e outros equipamentos.

(2) Satisfaz os requisitos de isolamento no estado de mistura líquido, gasoso e gás-líquido.

(3) Deve ter um ponto de ebulição baixo. Quando a temperatura do servidor não está muito alta, o refrigerante também pode passar por uma mudança de fase estável para tirar o calor e garantir a temperatura estável do servidor e a operação normal do data center.

(4) Não corrosivo para os materiais do servidor.

(5) É amigo do ambiente, não tóxico e inofensivo e fácil de manusear.

(6) Alta economia. Atualmente, substâncias aromáticas, silicatos e fluorocarbonos estão incluídos no escopo de pesquisa do meio de resfriamento do sistema de resfriamento de mudança de fase submersa. Óleo mineral e líquido fluorado são os meios de resfriamento de contato direto mais amplamente usados. O óleo mineral é barato ､ Ecologicamente correto, não tóxico e inofensivo, mas se decompõe facilmente e é uma substância combustível, que é mais perigosa. Comparado com o óleo mineral, o preço do flúor é ligeiramente mais alto, mas suas propriedades são estáveis, retardantes de chamas e constante dielétrica adequada. O meio de resfriamento mais popular no momento. Xu Yongsheng e outros usaram eletrodos de placa de agulha para simular o ambiente de campo elétrico extremamente desigual comum e construíram uma plataforma de detecção de descarga parcial baseada em um sistema de teste de alta tensão CA de 50 Hz para explorar o efeito da fervura do refrigerante na descarga parcial. o valor limite. Os resultados da pesquisa mostram que a ebulição do refrigerante reduzirá o valor limite de isolamento do ambiente de isolamento. Mo Shenyang e outros usaram um dispositivo de teste de isolamento para conduzir um estudo sistemático sobre as características de degradação do refrigerante FC-72 nos estados líquido, gasoso e bifásico. , A rigidez dielétrica do vapor de FC-72 foi obtida através do teste de quebra de tensão na frequência de energia, e o teste de rigidez dielétrica multipressão do vapor refrigerante de baixo ponto de ebulição foi realizado. Wu Xilei e outros simularam 4 líquidos fluorados comumente usados ​​(FC-72, A influência de Novec649, HFE-7100 e D-1) no efeito de dissipação de calor do sistema de resfriamento de mudança de fase submersa. Os resultados da simulação mostram que a densidade do fluxo de calor necessária para a transferência de calor por ebulição D-1 é a menor, mas sua capacidade máxima de dissipação de calor é próxima a Novec649, ligeiramente inferior a FC-72 e HFE-7100, pode substituir o fluorado eletrônico existente Novec649 líquido em resfriamento por mudança de fase imersa. Dong Jinxi e outros analisaram refrigerante à base de hidrocarboneto sintético (PAO) e etilenoglicol # 65 por meio de experimentos As propriedades físicas e termodinâmicas do refrigerante semelhante (doravante referido como # 65), # 65 tem uma capacidade de dissipação de calor maior do que PAO, mas a estabilidade física e a não condutividade do PAO são maiores do que # 65. Agora há menos pesquisas sobre meios de resfriamento e necessidade. Outras pesquisas foram realizadas e encontraram um meio de resfriamento com propriedades físicas estáveis ​​e alta capacidade de dissipação de calor.

Uma otimização adicional da tecnologia de resfriamento de mudança de fase submersa pode melhorar sua eficiência de resfriamento. As próximas instruções de pesquisa são as seguintes.

(1) Prepare o meio de resfriamento com propriedades estáveis, estude a influência do ambiente de campo elétrico desigual nas propriedades do líquido de resfriamento e realize o teste de rigidez dielétrica do meio de resfriamento sob alta intensidade de campo.

(2) O líquido fluorado tem forte volatilidade, pesquisa e desenvolvimento de materiais de vedação de dissipador de calor correspondentes.

(3) Por meio de experimentos, explore mais a fundo a influência de diferentes fatores na formação de bolhas no microcanal, estude o mecanismo de transferência de calor por ebulição na superfície do servidor e estabeleça um modelo de transferência de calor por ebulição mais representativo.

(4) Teste o tempo dos materiais de polímero de embalagem de dispositivos eletrônicos para garantir sua vida útil, reduzir o custo de manutenção durante o uso do servidor e diminuir a confiabilidade causada pela manutenção frequente.