3D仿真機(jī)房建模

1、3D仿真機(jī)房建模摘要隨著網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中央規(guī)模不斷地開展壯大,數(shù)據(jù)中央能源的消耗也在不斷的加劇. 為了更好地集中治理數(shù)據(jù)中央資源,和提供更高效的效勞,建立綠色數(shù)據(jù)中央,我們對機(jī)房的散熱和能耗,任務(wù)量分配及合理制冷的問題,做了如下簡要分析探究.首先,針對問題一,本文利用 Matlab軟件對中央機(jī)房的熱分布及流場進(jìn)行仿真 模擬,描繪出了附件1中相關(guān)數(shù)據(jù)的分布圖,并求解得到該測試機(jī)放室內(nèi)最高溫度大 約為55°C,其位置坐標(biāo)為(725.5,2.75).同時,對于問題二,本文采用微分方程和流體動力學(xué)模型,對中央機(jī)房內(nèi)的溫度場、密度場、風(fēng)力場等進(jìn)行分析,利用熱傳導(dǎo)和熱流方程綜合考慮每臺機(jī)器的任務(wù)量 和

2、不同位置對溫度的影響,得到一個熱分布方程：C Tdv Qx -Qxdx Qydy Qz -Qz dz r f (T) Q/Rxyz通過這個方程,我們可以很方便知道機(jī)房內(nèi)的任意一點(diǎn)溫度.同時,我們用附件2中的局部數(shù)據(jù)對我們的模型進(jìn)行了檢驗(yàn),平均誤差在10%以內(nèi).緊接著,對于問題三,本文建立了任務(wù)分配模型.我們運(yùn)用Matlab軟件擬合出附件2中測試機(jī)房內(nèi)的不同任務(wù)總量下,室內(nèi)平均溫度與總務(wù)量關(guān)系,即Taver0.2817 t2 1.578 t 19.45并求出室內(nèi)最高溫度近似為室內(nèi)平均溫度的1.6倍,然后根據(jù)問題一中的熱分布圖,我們合理地給出4個機(jī)柜群對室內(nèi)最高溫度的奉獻(xiàn)率.通過使最高溫度最小化來

3、制定 最優(yōu)分配任務(wù)方案,建立微分方程模型,給出了分配任務(wù)的方案.最后,針對問題四,本文建立了我們將機(jī)房多余產(chǎn)生的熱量近似于制冷量,即 Qsum Qcold.在此原理建立了入口風(fēng)速與入口溫度的關(guān)系,從而可以到達(dá)限制空調(diào)的 送風(fēng)速度和送風(fēng)溫度,使機(jī)房的溫度趨于平衡,滿足了機(jī)房設(shè)計C級標(biāo)準(zhǔn)低于35C.關(guān)鍵詞：微分方程流體動力學(xué)熱流方程1、問題重述由于高密度計算、 多任務(wù)計算的需要, 越來越多的高性能數(shù)據(jù)中央或互聯(lián)網(wǎng)中央(DC、IDC)正逐漸建成.在現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中央內(nèi),由于刀片效勞器本錢與性價比高, 體積小而被廣泛使用. 由于自身能源與冷卻條件限制, 這類大規(guī)模的數(shù)據(jù)中央或許每 年需要花費(fèi)數(shù)百萬美元,

4、主要用于計算設(shè)備及系統(tǒng)冷卻所需的能源費(fèi)用. 因此有必要 提升數(shù)據(jù)中央設(shè)備的能效,極大化數(shù)據(jù)中央的能源利用率及計算水平.本文中已給出一個測試案例,并需要我們利用題中已給條件,解決以下問題(1) 根據(jù)附件 1的數(shù)據(jù),繪出冷、熱通道的熱分布及流場分布圖,并找出室內(nèi)最高 溫度位置.(2) 建立描述該問題熱分布的數(shù)學(xué)模型及算法,并與測試案例進(jìn)行比擬.(3) 如果定義該機(jī)房的總體任務(wù)量為 1,需要根據(jù)我們的模型及附件 1 的流場數(shù)據(jù), 確定效勞器實(shí)際任務(wù)量為 0.8及 0.5的最優(yōu)任務(wù)分配方案, 并給出室內(nèi)最高溫度.( 4 )如果根據(jù)?電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?(附件 3 ) C 級要求限制機(jī)房溫度, 討

5、論效勞器設(shè)計任務(wù)量一定條件下,如何限制空調(diào)的送風(fēng)速度或送風(fēng)溫度(可 以通過送風(fēng)槽的出口風(fēng)速與溫度來描述).2、背景介紹社交網(wǎng)站、網(wǎng)上銀行、話費(fèi)詳單查詢、視頻監(jiān)控、企業(yè)人事治理系統(tǒng)、企業(yè)ERP 我們生活和工作所遇到的種種電子化應(yīng)用都和現(xiàn)代數(shù)據(jù)中央有關(guān), 復(fù)雜多變的應(yīng)用和 龐大的數(shù)據(jù)量使得現(xiàn)代數(shù)據(jù)中央在電力和能源方面的消耗增長顯著,嚴(yán)重的電力不 足,使得數(shù)據(jù)中央機(jī)房凸顯能耗危機(jī), 如同一場風(fēng)暴的醞釀, 綠色數(shù)據(jù)中央的概念已 經(jīng)從“起點(diǎn)升至“沸點(diǎn).綠色數(shù)據(jù)中央表達(dá)著：高效、可靠、平安、節(jié)能等四大主要方面,而目前很多機(jī) 房由于各效勞器任務(wù)分配不當(dāng)以及供冷散熱的不合理, 造成機(jī)房局部溫度過高, 使得 機(jī)

6、房運(yùn)轉(zhuǎn)速率變慢, 效率變低, 并且引發(fā)平安隱患及能源浪費(fèi)等一系列問題. 所以加 強(qiáng)數(shù)據(jù)中央的設(shè)計和治理變得尤為重要.目前綠色數(shù)據(jù)中央的設(shè)計在我國處于剛起步階段,相關(guān)的工作很少,資源缺乏. 作為綠色數(shù)據(jù)中央設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)是利用源自效勞器及環(huán)境溫度的數(shù)據(jù), 刻畫數(shù) 據(jù)中央的熱循環(huán)過程. 機(jī)房內(nèi)熱環(huán)境分析是綠色機(jī)房設(shè)計的主要步驟之一. 為了保證 機(jī)房內(nèi)設(shè)備健康運(yùn)行, 數(shù)據(jù)中央制冷系統(tǒng)必須根據(jù)機(jī)房內(nèi)熱點(diǎn)的溫度 (室內(nèi)最高溫度) 向機(jī)房送配冷氣. 而合理地給效勞器分配工作任務(wù), 能夠降低機(jī)房內(nèi)熱點(diǎn)的溫度, 達(dá) 到節(jié)能目的.所以建立數(shù)據(jù)中央的熱分布方程算法及制定效勞器的任務(wù)量分配方案, 對我國綠色數(shù)據(jù)

7、中央的設(shè)計和治理有重大的意義.3、問題分析對于“綠色數(shù)據(jù)中央的一些要求,結(jié)合題中條件,我們對題中四道問題做一下 分析：在繪出冷熱通道的熱分布和流場分布圖中, 我們知道熱分布實(shí)質(zhì)是溫度分布的表 現(xiàn),流場分布是氣流的流動表現(xiàn),所以我們通過利用題中已給的2、3 通道數(shù)據(jù)結(jié)合二、三通道的位置坐標(biāo)運(yùn)用 MATLAB ,繪出冷熱通道的熱分布圖,并找出溫度最高 點(diǎn)的位置坐標(biāo)； 而在流場分布中, 我們通過分析氣流運(yùn)動的不同方向和氣流速度大小 繪出冷熱通道在不同平面中的流場分布圖.在熱分布模型中, 我們通過分析可知, 影響溫度的因素有空間位置和各個效勞器 的任務(wù)量. 但是如果直接從空間位置和任務(wù)量著手較困難,

8、于是我們引進(jìn)密度場、 風(fēng) 力場,浮力場來對溫度進(jìn)行宏觀分析. 同時我們將每個機(jī)柜看作一個熱源, 每一點(diǎn)的 空間溫度進(jìn)行微元化. 通過熱源的產(chǎn)熱來與任務(wù)量相聯(lián)系, 魏元體積與空間坐標(biāo)相聯(lián) 系.并且通過場的疊加來與產(chǎn)熱相平衡從而得到溫度關(guān)于空間位置和任務(wù)量的函數(shù)關(guān) 系,并用求出該機(jī)房的熱分布方程.在任務(wù)分配中, 我們建立任務(wù)分配模型, 由于采樣點(diǎn)在空間中均勻分布, 我們首 先通過題中附件 2所給數(shù)據(jù), 將不同任務(wù)量下的機(jī)房內(nèi)采樣點(diǎn)溫度求平均, 得到機(jī)房 內(nèi)采樣點(diǎn)的溫度均值. 然后我們利用均值溫度和采樣點(diǎn)任務(wù)量擬合出溫度與任務(wù)量的 關(guān)系方程.并且我們通過觀察最高均值溫度,比擬最高均值溫度與均值溫度的

9、關(guān)系, 給出不同機(jī)柜對最高溫度的奉獻(xiàn)率. 從而通過使最高均值溫度最小化從而制定不同的 任務(wù)分配方案.送風(fēng)的速度和送風(fēng)的溫度是用來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的, 使得室內(nèi)溫度滿足 ?電子信息 系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?附件 3C 級要求限制機(jī)房溫度.而要想及限制室內(nèi)溫度又符 合綠色機(jī)房概念, 我們通過限制室內(nèi)總的散熱量小于或等于制冷量來實(shí)現(xiàn), 而制冷量 與送風(fēng)的速度、 時間、以及送風(fēng)的溫度有關(guān), 從而通過建立相應(yīng)的方程等式來限制送 風(fēng)的速度和送風(fēng)溫度.4、模型假設(shè)假設(shè)整個機(jī)房空間是密閉的,沒有工作人員進(jìn)出,機(jī)房門也沒有被翻開； 假設(shè)外墻及效勞器散熱面?zhèn)鳠峋鶆?根據(jù)穩(wěn)態(tài)傳熱處理,室內(nèi)各傳熱外表之 間無視輻射影響.假設(shè)照

10、明設(shè)備只有在有人停留或進(jìn)入機(jī)房時才使用,所以人體散熱和照明散 散熱相對很小,對機(jī)房整體溫度不會有很大影響,可以忽略不計； 假設(shè)熱區(qū)內(nèi)空氣滿足牛頓內(nèi)摩擦定律,即為牛頓流體； 熱區(qū)內(nèi)空氣流動滿足穩(wěn)態(tài)湍流；5、模型建立與求解5.1冋題一:5.1.1冷熱通道的熱分布問題一中需要我們運(yùn)用題中給定的附件 1數(shù)據(jù)繪出冷、熱通道的熱分布及流場分 布及室內(nèi)最高溫度位置.我們 2、4通道為冷通道,1、3、5通道為熱通道.我 們通過利用附件1中給定的2、3通道數(shù)據(jù)和附件2中的位置坐標(biāo)數(shù)據(jù),整理得到附 表.然后運(yùn)用MATLAB繪出2、3通道的熱分布圖.如下冷通道2熱分布圖32.521.510.5Z23456y圖1冷通

11、道2的熱分布圖I f 卅.1:A-EU I712345678y圖2:熱通道3的熱分布圖由上圖中我們可以很明顯的看到不同梯度的溫度,并能得出熱通道2中最高溫度為53T,而冷通道最高溫度為396C.并算出在熱通道2中最高溫度的位置坐標(biāo)為(7.2,5.5,2.75),在冷通道3中最高溫度的位置坐標(biāo)為(5.1,2,2.2) 05.1.2冷熱通道的流場分布由分析可知,流場分布實(shí)質(zhì)為空間中風(fēng)的流動分布.而風(fēng)的流動主要表達(dá)在風(fēng)的機(jī)柜均為0.5機(jī)房熱分布速度上,速度是矢量,既有方向又有速率.我們知道分子熱運(yùn)動與溫度有關(guān),溫度越 高,運(yùn)動越快.在此題的三維空間中,既有熱通道,又有冷通道,也就是既有熱區(qū)也 有冷區(qū)

12、,我們利用當(dāng)機(jī)柜任務(wù)量為 0.5時,繪出整個機(jī)房三維空間的熱分布情況,見 下列圖：4Is.321 -0 -8圖3:機(jī)柜任務(wù)量均為0.5時的熱分布由上圖可看出：在空間熱分布中,溫度存在明顯的分區(qū)和分層現(xiàn)象,由地面高度 的升高,溫度逐漸升高.并且溫度在 2、4熱通道的整體溫度明顯高于1、3、5冷通 道.所以在考慮流場分布時,我們畫出了 5幅不同高度xy面流場分布圖、1幅xz面 流場分布圖、2幅yz面流場分布圖.8幅圖如下高度為0.3m, xy面流場分布圖12345678y876543830.415J'/?/ i 汕：I'-二2高度為0.9m, xy面流場分布圖12345678y87

13、6x54336圖4:高度為0.3m, xy面的流場分布圖5:高度為0.9m, xy面的流場分布高度為1.5m, xy面流場分布圖x8765431.6!lli0.279f 0.4991.16 0.94 994"- _ - E- I I 、i'.'.Tf.tF j-H"112345678yx高度為2.1m, xy面流場分布圖873969150.354431.13°874:A：弟叩瑟去竺 r "a . "-rX. 1:二一 %譏¥世遲臥12345678y圖6:高度為1.5m, xy面的流場分布高度為2.7m, xy面流場分布

14、圖圖7：高度為2.1m, xy面的流場分布熱通道3與冷通道2, xz面流場分布圖876x5432.52z1.510.5LV /flV /汕 r F - J J i'- J -才八ng氓7 -jF 亠 = *=1 = * mAM j * ir a - - j -、= f ?|1,'1I；. - HL i/Ji f飩圍0.9641 0.916學(xué)冷#/通訓(xùn)1234567y圖&高度為2.7m , xy面流場分布08345678x圖9 :冷熱通道在xz面流場分布熱通道3 , yz面流場分布圖2.5210.5圖10:冷通道yz面的流場分布2,x1.5z32.521.510.50冷通

15、道2 , yz面流場分布圖0.676'0.6050.534 '圖11 :熱通道3, yz面的流場分布145.2問題二5.2.1相關(guān)背景隨著電子計算機(jī)產(chǎn)品集成化程度、運(yùn)行速度的提升,單位面積散熱量大幅增長, 機(jī)房熱負(fù)荷明顯增大2,4,在數(shù)據(jù)機(jī)房新建和改造中,機(jī)房效勞器的散熱以及空調(diào)系 統(tǒng)的節(jié)能成為目前研究的重點(diǎn).所以我們有必要對機(jī)房內(nèi)的熱分布情況建立模型和算法5.2.2模型準(zhǔn)備我們對某市的虛擬機(jī)房進(jìn)行模擬計算,建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型以及對機(jī)房內(nèi)的溫度分 布特征的分析.由于效勞器在機(jī)架中一般采用采用面對面,背靠背5的形式放置,機(jī)架中未裝服 務(wù)器的垂直空間均安裝擋板.因此可將整個機(jī)房分成兩

16、類區(qū)域：一類由空調(diào)送風(fēng)口至 各效勞器進(jìn)風(fēng)口組成的區(qū)域,此區(qū)域內(nèi)氣流溫度較低,定義為冷區(qū)；另外一類由空調(diào) 送風(fēng)口、效勞器出風(fēng)口至空調(diào)回風(fēng)通道進(jìn)口組成的區(qū)域, 主要利用空調(diào)送風(fēng)引導(dǎo)效勞 器排出的熱風(fēng),使之順利流向空調(diào)回風(fēng)通道,此區(qū)域氣流平均溫度較高,定義為熱區(qū).xtIy該測試機(jī)房高3.2米,每個機(jī)柜群長6.4米,深0.8米,高2米,由8個同樣 的機(jī)柜組成,每個機(jī)柜由5個機(jī)架構(gòu)成共160個機(jī)架.通道2與4是冷通道,空 調(diào)制冷系統(tǒng)將冷氣送到冷通道,各機(jī)柜的效勞器從冷通道吸入冷氣.通道1,3,5是熱通道,效勞器將熱量排入熱通道,再通過排風(fēng)系統(tǒng)排出,循環(huán)進(jìn)入空調(diào)頂部.機(jī)柜群 與側(cè)邊墻距離1.6米,兩個空調(diào)

17、布置在冷通道的一端靠墻處.空調(diào)幾何尺寸為寬1.8米,厚度為0.9米,高度為2米.回風(fēng)孔位于空調(diào)頂部,幾何尺寸約為 0.5米乘1.4 米.空調(diào)的進(jìn)風(fēng)風(fēng)速與溫度由機(jī)房室內(nèi)溫度與風(fēng)速確定,送風(fēng)溫度為送風(fēng)槽出口溫度.由于出風(fēng)槽的寬度約為0.4米冷通道寬度的三分之一,長度約為6.4米,孔隙率約為50%,與機(jī)柜并行排列.所以我們算出通風(fēng)道由三排通風(fēng)孔組成,并利用 MATLAB模擬出該測試機(jī)房發(fā)的立體結(jié)構(gòu),見圖13二 jG226圖13機(jī)房立體圖5.2.3熱分布模型的建立根據(jù)第一問模擬可以看出,機(jī)房的溫度 T與位置P和任務(wù)量Ttask有關(guān)：位置不 同,溫度不同,且靠近熱通道位置溫度高,靠近冷通道位置溫度低；當(dāng)

18、每個機(jī)柜的任 務(wù)量不同,溫度也不同,當(dāng)機(jī)柜任務(wù)量越多,耗能越多,產(chǎn)熱也越多,溫度也就越高.由于我們很難直接將溫度與位置和任務(wù)量聯(lián)系起來,所以我們通過分析知道,在 一個三維立體空間里,存在：溫度場,密度場、浮力場和風(fēng)力場.并且這幾種場相互 影響.所以我們通過分別分析密度場,浮力場和風(fēng)力場與溫度場的關(guān)系,最后綜合所 有因素得到我們所需要的熱分布函數(shù)1溫度場中產(chǎn)生的熱量我們把每臺機(jī)柜認(rèn)為是一個面熱源, 并且反面的散熱是均勻的,其他地方散熱較 小,可以忽略不計；所以每一臺機(jī)器產(chǎn)生的熱：Q '11 W所以單位面積：Q"11 W/s一個機(jī)柜群如果有ni臺機(jī)器那么產(chǎn)生的熱量:Qi ( i

19、2.m )(1 )W如果一個機(jī)房總有n臺機(jī)器那么產(chǎn)生的熱量總和：Q(12.n)( 1)W符號：Q :一臺機(jī)器產(chǎn)生的熱量；Q":單位體積散熱量；Qi :一個機(jī)柜群產(chǎn)生的熱量；Q：產(chǎn)生的總熱量；i :代表由于任務(wù)量不同而產(chǎn)生熱量系數(shù)(i 1,.n)； :代表效勞器效率；w：代表效勞器的額定功率；(2) 密度場由于機(jī)房的位置不同.溫度也會不同,而溫度越高的地方,空氣越稀薄,空氣密 度越小.所以密度也有著一定的差異,這樣就形成了空氣密度場.(我們根據(jù)一組研究數(shù)據(jù)中得到溫度與密度的關(guān)系如下表)"I表1 ：空氣密度與溫度的關(guān)系數(shù)據(jù)表攝氏溫度絕對溫度空氣密度下降數(shù)值下降幅度0273.15

20、1.29300.005278.151.2700.0231.8010283.151.2470.0221.7715288.151.2260.0221.7420293.151.2050.0211.7125298.151.1840.0201.6830303.151.1650.0201.6535308.151.1460.0191.6240313.151.1280.0181.60CKkg/m3kg/m3%所以根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到如下列圖:圖14空氣溫度與密度關(guān)系圖具體密度和溫度關(guān)系：1.294.12710 3T根據(jù)函數(shù)可知空氣密度隨溫度的升高而減少；(3) 浮力場由于機(jī)房的不同區(qū)域出現(xiàn)熱分布不平衡狀

21、況, 溫度不同,使得熱分布不均衡,并 且溫度的不同出現(xiàn)了密度場,在微元體積內(nèi)產(chǎn)生了壓力差.所以熱空氣在浮力作用下 向上：圖15浮力場圖(4) 風(fēng)力場由于機(jī)房溫度一般會很高,所以每個機(jī)房都會配置空調(diào),在機(jī)器工作時,如果溫 度過高,都會開空調(diào)降溫.這樣就形成了風(fēng)力場.風(fēng)力場加快了空氣的流通.*TT*小IL -hH 網(wǎng)'圖16風(fēng)力場圖(5) 空間微元化由于要計算空間的每一點(diǎn)溫度是不好計算的, 而我們對空間微元(理想化的小立 方體盒子)進(jìn)行計算,用微元的溫度近似代替微元內(nèi)所有點(diǎn)的溫度. 對微元凈輸入熱 量速率,導(dǎo)熱速率方向和每一個微元外表垂直,在 x,y,z方向微元導(dǎo)熱速率分別為 Qx,Qy和

22、Qz,而其對面的導(dǎo)熱速率按泰勒展開,忽高階無窮小項(xiàng)Qx dxQxQxQydxdyQzdz Qz 號dz所以單位時間輸入微元的熱量Q :QxQyQzQ Qx- dx Qy- dy Qz- dzxyz空間微元吸收的熱量使其溫度加熱,即：Q C Tdv由于這是在無外力場疊加情況下的每個微元的吸熱情況,如果疊加風(fēng)力場和浮力場,這時微元體積會隨浮力上升速度比原來理想狀況下快,同時受到風(fēng)力影響,靠近出風(fēng)口冷空氣密度大,整個微元內(nèi)溫度會減?。凰詼囟?度f有關(guān),并且他們的大體關(guān)系如下；T與離風(fēng)口距離r和一定高T與r成反比例關(guān)系：T rT與f成正相關(guān)關(guān)系：T f (T)當(dāng)然最重要的一個問題,選取微元與熱源的距

23、離,距熱源越近,溫度升高速度越 快；距熱源越遠(yuǎn),溫度升高速度相對較慢.由于整個機(jī)柜長6.4m,我們將其作為一個面熱源,不能忽略面熱源的自身尺寸,所以距熱源的距離不能直接計算兩中央點(diǎn)間的 距離,所以我們選取微元中央對面熱源作垂線的距離作為距熱源距離.所以溫度T與R成負(fù)相關(guān)；T -R與熱源的疊加成正相關(guān)；T Q綜合考慮以上因素.所以得到以下熱分布函數(shù)：QxQyQzC Tdv Qxxdx Qyy dy Qz zdz r f(T) Q/Rxyz其中：關(guān)于小r的計算,假設(shè)微元體積坐標(biāo)(x,y,z),風(fēng)速入口坐標(biāo)為(Xw,yw,Zw) 貝/ 2 2 2r . (x xw)(yy w)(zzw)關(guān)于R的計算

24、,微元坐標(biāo)不變(x,y,z),而垂直到熱源中央的點(diǎn)(xc,yc,zc) 所以可以得到：R .(x Xc)2 (y yc)2 (z zj2而實(shí)際中我們只需進(jìn)行簡單的測量就方便可得到r和R,是操作性更強(qiáng).由于微元相對很小所以我們近似認(rèn)為1Q X Q y Q z § Q 凈f (T)的有關(guān)計算：根據(jù)物理知識可以近似得到：dv dxdydzf (T )dv所以我們通過熱分布函數(shù),當(dāng)我們某一點(diǎn)的坐標(biāo)和任務(wù)量, 就可以近似求出 該點(diǎn)的溫度坐標(biāo).5.2.5模型的檢驗(yàn)我們根據(jù)數(shù)據(jù)中央的溫度分布特征和空氣的自身特征進(jìn)行了宏觀方向,以場的疊加原理進(jìn)行了粗略探究.我們利用的局部數(shù)據(jù)表：表2 :題中附件2中

25、局部數(shù)據(jù)表X的坐Y的坐Z的坐均0.5的任標(biāo)標(biāo)標(biāo)務(wù)量的溫度0.216.016.016.016.08.0第一臺為0.8,其第二臺0.8,其余0.5的任務(wù)量的余0.5任務(wù)量的溫度溫度16.016.016.016.016.016.016.021.221.2我們根據(jù)所給的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)得到局部數(shù)據(jù)如下結(jié)果:表3:數(shù)據(jù)檢驗(yàn)誤差分析圖X的坐Y的坐Z的坐均0.5的任第一臺為0.8,其余第二臺0.8,其余標(biāo)標(biāo)標(biāo)務(wù)量0.5的任務(wù)量0.5任務(wù)量91.04%94.37

26、%98.11%89.61%97.30%82.20%95.19%90.31%86.13%86.00%99.06%76.04%92.31%97.88%79.88%98.63%92.38%97.19%5.1312.690.44%94.82%99.64%72310284.75%87.50%91.63%8.03.10.295.94%93.58%91.75%通過表中數(shù)據(jù),我們可以知道精確度平均到達(dá)了 90%以上.所以說明我們模型的 適用性較強(qiáng),誤差較小.該模型符合我們解題要求.5.3問題三 5.3.1溫度與任務(wù)量的關(guān)

27、系機(jī)房的總體任務(wù)量為1,我們根據(jù)附件2,我們建立的任務(wù)分配方案模型.我們 把附件2中機(jī)房不同任務(wù)量下的機(jī)房內(nèi)采樣點(diǎn)溫度取均值,由于采樣點(diǎn)分布很均勻, 所以該機(jī)房在不同任務(wù)量下,機(jī)房內(nèi)米樣點(diǎn)溫度的均值可以表示機(jī)房內(nèi)的平均溫度. 如下表：15表4:任務(wù)總量與室內(nèi)平均溫度數(shù)據(jù)表任務(wù)總量11.2平均溫度22.522.822.722.522.622.422.322.421.721.92222.2機(jī)房任務(wù)總量和平均溫度進(jìn)行擬合得曲線方程為:Taver0.28172 1.578 19.45當(dāng)t任務(wù)量為1,機(jī)房內(nèi)的平均溫度Taver為20.74C當(dāng)t任務(wù)

28、量為0.8,機(jī)房內(nèi)的平均溫度Taver為20.53C當(dāng)t任務(wù)量為0.5,機(jī)房內(nèi)的平均溫度Taver為20.17C然后我們又計算出了該機(jī)房不同任務(wù)量下的各個通道的平均溫度得到如下表5：不同任務(wù)量下的不同通道均值溫度和最高溫度表任務(wù)量通道5 通道4通道3通道2通道1溫度均值溫度最大222.521.120.721.122.321.522.52.322.821.520.721.122.321.722.82.322.721.22121.122.321.722.72.322.521.12121.322.421.722.52.322.521.120.821.522.621.722.61.822.420.92

29、0.721.122.321.522.41.722.220.720.721.122.321.422.31.722.420.920.521.122.321.422.40.821.720.119.920.221.520.721.70.921.920.419.920.221.520.7821.912220.520.220.521.720.9820.320.621.921.1222.2從上表可知,平均溫度最大值,在不同任務(wù)總量下熱通道5和熱通道1出現(xiàn)的次 數(shù)最多,所以結(jié)合問題一中的熱分布圖,4個機(jī)柜群對最高溫度的奉獻(xiàn)率,我們可以 比擬合理的定為：30%、20%、20%、30%.

30、532任務(wù)分配模型的求解由附件2不同任務(wù)量下室內(nèi)取樣點(diǎn)最高溫度和我們計算得到的室內(nèi)平均最高溫 度Tavmii123,4可知,室內(nèi)最高溫度Tmax近似是室內(nèi)平均溫度的1.6倍于是我們設(shè)4個機(jī)柜群的任務(wù)量分別為x,y,z,m,總?cè)蝿?wù)量為w最高溫度TmaxTmaxw30% 1.6Tavm120%1.6Tavm220% 1.6Tavm330% 1.6Tavm423由上表可知TaveriTavmiTaveri0.2817申 1.578tj 19.45i 123,4t1X., t2m°1XXXyzmL1乂丄Xzmzz1zXymmmm1Xyzy0 513 z0 5 t41 “XXX Xq-(1)4

31、yzmYq護(hù)11込4 Xzm1 zzzZq-(1)4 XymT 0.1 y 0.24z 0.24 m 0.22即第一機(jī)柜群,分配任務(wù)量為 0.1,第二個為0.24,第三個為0.24,第四個為0.22 當(dāng)任務(wù)量w 0.8時,近似求解得：x 0.08 y 0.15z 0.15 m 0.12即第一機(jī)柜群,分配任務(wù)量為0.08,第二個為0.15,第三個為0.15,第四個為0.12.°max30%1.6(0.2817X.21.578xo20.45)wYq20%1.62(0.2817yo1.578y020.45)wz20%1.6(0.2817Z.21.578zo20.45)wm°w30

32、%1.62(0.2817mo1.578m020.45)整理得到:1 mmm1)m0(-4 xyz1111X.： y°: Z0: m0：:3223由于Tmax f (x, y, z,m),由于Tmax是實(shí)際問題,所以TmaX取最小值,也就是 Jax取 極值,所以當(dāng)Tmax取最小值時,TmaxXTimax0,0,TmaxyTmax00,5.3.3任務(wù)量分配當(dāng)任務(wù)量w 1時,近似求解得：x 0.15 y 0.3z 0.3 m 0.25即第一機(jī)柜群,分配任務(wù)量為 0.15,第二個為0.3,第三個為0.3,第四個為0.25 當(dāng)任務(wù)量w 0.8時,近似求解得：5.4 問題四5.4.1 問題分析和

33、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備從總體機(jī)房考慮,根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)?電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)? GB 50174-2021 規(guī)定：當(dāng)機(jī)柜或機(jī)架高度大于1.8m、設(shè)備熱密度大、設(shè)備發(fā)熱量大的電子信息系統(tǒng) 機(jī)房宜采用下送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng).機(jī)房內(nèi)的冷卻系統(tǒng)送風(fēng)根據(jù)流體力學(xué)伯努利原理所陳述的氣流特性“風(fēng)速 大的壓力小.很明顯,空氣的氣流會呈現(xiàn)靠近空調(diào)機(jī)組的通風(fēng)地板出風(fēng)量較小8 ；調(diào)系統(tǒng),靠近空調(diào)機(jī)組的前部通風(fēng)地板已然輸送出了一定的風(fēng)量, 后部的通風(fēng)地板的 送風(fēng)量那么會明顯有所減少；而到了地板末端那么相反.當(dāng)然,現(xiàn)在的虛擬機(jī)房是面積、 設(shè)備越來越大, 多數(shù)采用機(jī)房空調(diào)機(jī)組方式長距 離送風(fēng),形成氣流對吹, 這樣就會出現(xiàn)抗靜電地板下產(chǎn)生風(fēng)壓相

34、抵、 通風(fēng)地板送風(fēng)量 減小的現(xiàn)象.現(xiàn)代機(jī)房在設(shè)計空調(diào)冷卻系統(tǒng)的送風(fēng)氣流時應(yīng)該參照設(shè)備發(fā)熱量、機(jī)柜前后溫 差,平均溫度和最高溫度等因素,再根據(jù)空調(diào)機(jī)組送氣量的30-40%來計算通風(fēng)地板的開口面積；并且規(guī)定用于機(jī)柜冷卻的送風(fēng)口必須能夠提供大于機(jī)柜冷卻所需的風(fēng) 量.理想狀態(tài)下機(jī)房內(nèi)活動地板下的送風(fēng)風(fēng)壓根據(jù)送風(fēng)靜壓箱的設(shè)計模式姑且認(rèn)定 均勻風(fēng)壓為20Pa左右；機(jī)房通風(fēng)地板送風(fēng)風(fēng)速根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)要求取值3m/s實(shí)際應(yīng)用中選用通風(fēng)率通風(fēng)量高達(dá) 25%的通風(fēng)地板, 那么當(dāng)處于理想流體狀態(tài)下的單個通風(fēng) 地板理論上可以供給的最大,送風(fēng)量約為 500立方英尺/分鐘849.45m3/h或是其 能提供約3.125kw的

35、制冷量.而現(xiàn)實(shí)運(yùn)行中的機(jī)房通風(fēng)地板最好的送風(fēng)風(fēng)速也就是 1.5m/s ;這就嚴(yán)重影響了空調(diào)系統(tǒng)的冷卻效果,使機(jī)房空調(diào)、以致整個機(jī)房的能效偏 低.由于現(xiàn)在機(jī)房效勞器類負(fù)荷的最高散熱量近年來已攀升至每機(jī)柜 20KW 以上.而原有地板下送風(fēng)機(jī)房精密空調(diào)系統(tǒng)理想送風(fēng)狀況下的機(jī)房單位面積最大供冷 量為4KW/卅更大供冷量所配置的空調(diào)機(jī)組送風(fēng)量也相應(yīng)增大,其送風(fēng)風(fēng)壓足以把 地板給吹起來,已無法滿足其需求；并直接制約著高集成度 IT 設(shè)備在電子信息系 統(tǒng)機(jī)房行業(yè)內(nèi)的推廣應(yīng)用.本段所用數(shù)據(jù) 9 5.4.2送風(fēng)速度和送風(fēng)的溫度限制理想氣體情況下,單個通風(fēng)孔傳送的制冷量 Qcoid和速度V滿足;Q cold t

36、kv 符號Qcoid ：代表制冷量；：代表通風(fēng)口的個數(shù)；k :代表轉(zhuǎn)換系數(shù)利用上面數(shù)據(jù)可得0.078;v ：初考反流速度；t: 代表時間;機(jī)房制冷既要起到制冷作用, 又不能出現(xiàn)制冷過剩; 所以必須滿足總散熱量小于或等于制冷量； Qsum Qcold如果 Qsum Qcold 那么會出現(xiàn)熱量過剩,反過來那么會出現(xiàn)這冷量過剩,都不滿足國家 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)；所以在相同時間工作時間內(nèi)產(chǎn)生熱量 Qsum ,即：Qsumt( 1n )(1 )W如果任務(wù)量一定的情況下, 如果均勻分配或整體任務(wù)量特別小, 那么勻速通風(fēng),風(fēng)速為：v ( 1 2 n )(1 )W /k如果任務(wù)量特別大情況下, 為了預(yù)防局部溫度過高,

37、 要適當(dāng)?shù)脑黾泳嘣撔谄鬟M(jìn) 的通風(fēng)口速率；即v ( 1 2 . i 1 i 1. n)(1 )W/k i(1 )W /如果有很多臺任務(wù)量大的效勞器, 也可以用同樣的方法相應(yīng)的增加相對近距離通 風(fēng)口的速度, 來到達(dá)有效地降低溫度作用. 這樣即可有效的降低溫度, 也能減少由于 不合理地開空調(diào)浪費(fèi)能源.6、模型的評價6.1 模型的優(yōu)點(diǎn)1我們在分析溫度影響時,較創(chuàng)新的通過分析宏觀的密度場、風(fēng)場、浮力場等 變化來對溫度場的影響, 從而轉(zhuǎn)換成空間位置和任務(wù)量來影響溫度變化. 而不是普通 的直接從空間位置和任務(wù)量來直接找出它們與溫度的關(guān)系.2我們采用了大量的微分方程和偏微分方程解法,將整體空間微元化,使得我

38、 們的結(jié)果精確度較高.6.2 模型的缺點(diǎn)1. 我們在建模計算過程中舍棄浮力對溫度場的影響, 由于他對溫度的影響太小, 但是在最后計算結(jié)果中肯定有一定的偏差.2. 我們只是以場的疊加效果進(jìn)行建立熱分布的模型算法,沒有考慮分子自身的 微觀影響；3. 溫度場是一個復(fù)雜能量裝換過程,簡單的數(shù)學(xué)方程是不可能完美描述的.參考文獻(xiàn)1 楊蘋, 瑩,棄非,學(xué)維, 文飛,通信機(jī)房的氣流組織特性與空調(diào)冷量調(diào)配方案華南理工大學(xué)學(xué)報 ( 自然科學(xué)版 ) 第37卷第11期 2021年11月2 程序,張萬里,高熱密度通信機(jī)房的空調(diào)解決方案 J 郵電設(shè)計技術(shù), 2021,(5) ： 61643 簡棄非,魏蕤,顏永明,信機(jī)房氣

39、流組織的模擬與分析 J 節(jié)能技術(shù),2021,27(1) ： 35 39.4 Jinkyun Cho, Taesub Lira, Byun gse on Sean Kim. Measureme nts and predict ions of the air distribution systems in high compute density(Internet)data centers.J Energy and Buildings, 2021, 41：11071115.5 沈向陽,嘉澍, 金虎, 建峰, 建平等. 數(shù)據(jù)機(jī)房熱區(qū)內(nèi)氣流組織的數(shù)值模擬及優(yōu)化? . 節(jié)能技術(shù)?第 29卷,總第 167

40、期 2021年 5月,第 3期6 賴學(xué)江,曉墨.調(diào)房間氣流組織的模擬研究 J .華中科技大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版 ), 2002, 30(2) ：5153.7 :/hi.baidu /%D6%D0%B9%FA%C4%AE%BA%D3%B1%B1%BC%AB%B4 %E5/blog/ 2021-5-38 :/ jifang360 /news/2021818/n03439292.html 2021-5-49 :/wenku.baidu /view/17b02a69011ca300a6c39086.html 2021-5-4附錄附錄1xyztemp風(fēng)速m/sxyztemp風(fēng)速m/s通道2通道37.26

41、.30.30.320.90.921.51.522.1302.1300.8 :302.720.30.3300.90.921.51.532.1302.132.7302.7300.30.320.90.931.51.532.1302.152.7302.7310.5附錄2function airation(y,x,b,a) x1=x-a/2,x+a/2,x+a/2,x-a/2;y仁y-b/2,y-b/2