«ПОИНТ» — официальный дистрибьютор Autodesk в России +7 (495) 781-54-81 point@pointcad.ru
Задать вопрос специалисту Приобрести подписку
на продукт Autodesk

Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

Autodesk CFD относится к классу CAE-программ, которые предназначены для проведения разного вида расчётов. Расчёт в Autodesk CFD проводится методом конечных элементов.

Поскольку Autodesk CFD предназначена исключительно для выполнения расчётов, в программе нет возможности создания геометрии. Предполагается, что создание геометрии проводится в CAD-приложениях – Autodesk Inventor, Autodesk Revit и других, – из которых позже она экспортируется в Autodesk CFD.

Autodesk CFD следует общей концепции графических интерфейсов компании Autodesk. Ниже представлено окно программы и её рабочее пространство.

Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

Пример расчёта будет выполнен на основе модели серверного помещения, которая состоит из следующих элементов:

  • объем воздуха в пространстве под потолком;
  • объем воздуха в самом помещении;
  • объём воздуха под полом;
  • перекрытия потолка;
  • решётка, через которую поступает горячий воздух под потолок;
  • два шкафа с кондиционерами;
  • два ряда серверных стоек, в каждом ряду восемь серверов;
  • в полу расположены две решётки, через которые подаётся холодный воздух к кондиционерам.

Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

Перед расчётом всем геометрическим объемам и телам назначаются материалы и их свойства. Чтобы вызвать диалоговое окно свойств тел и объемов, нужно выбрать редактируемую часть модели, кликнуть по ней правой кнопкой мыши и в появившемся списке выбрать команду Edit. В окне свойств можно редактировать и назначать свойства материалов: библиотека материалов, типы материалов, механические свойства для жидкостей, газов и твёрдых материалов.

Ознакомьтесь со свойствами каждой составляющей модели:

  1. Объемы воздуха в помещении, под потолком и полом:

    Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

  2. Перекрытия потолка и пола, шкафы с кондиционерами:

    Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

  3. Рештки в полу и потолке:

    Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

    Решётки моделируются с помощью материала Resistance, и для этого материала задаётся отношение свободной части площади к общей площади решётки. Материал назначается не для объёмного тела, а для отдельных поверхностей, через которые проходит воздух.

    Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

    В свойствах материала указывается коэффициент проницаемости Free Area Ratio. Для решёток в полу этот коэффициент имеет значение 0,4, для решёток в потолке – 0,8.

     

  4. Корпус серверных стоек:

    Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

  5. Серверы:

    Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD


    Серверы пропускают через себя воздух, соответственно, помимо параметров материала необходимо задать направление и постоянное значение воздуха, который циркулирует через серверы. Для этого в окне свойств кликните кнопку Edit и в появившемся окне Material Editor на первой вкладке обратите внимание на параметр Flow, значение которого нужно установить. Два других параметра – Rotational Speed и Slip factor – позволяют смоделировать поток, выходящий из реального вентилятора, в котором воздух приобретает не только осевой компонент скорости, но и вращательный, так как поток воздуха в вентиляторах закручивается. Но в данном примере нет необходимости учитывать эти два параметра, а устанавливается только производительность, с которой сервер пропускает через себя воздух.

    Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

    Забор воздуха серверами осуществляется с их наружной стороны и выводится в пространство между стойками. Соответственно, для одного ряда серверов движение воздуха осуществляется по оси X, для другого – против.

    Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

     

  6. Кондиционеры:

    Для кондиционеров, как и для серверов, задаются дополнительные характеристики – для этого обратитесь к окну Material Editor.

    Характеристика потока в данном примере является постоянным значением. Кроме того, для кондиционеров может быть задана кривая вентилятора, то есть зависимость потока, создаваемого вентиляторами, от давления на выходе.

    Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

    Далее выбирается тепловая модель кондиционера. Существует несколько моделей тепловых устройств, в данном примере используется Air Conditioner – кондиционер воздуха. Он обладает одним параметром – температура воздуха на выходе из кондиционера.

    Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

    Не забудьте задать поверхности, через которые воздух попадает в кондиционер и выходит из него.

    Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

    После назначения всех материалов моделей и их свойств назначаются граничные условия. Это делается на вкладке Setup в разделе Boundary Condition. В качестве граничных условий указываются параметры тепловыделения серверных стоек. Выберите все стойки, затем в настройках параметров выберите тип граничных условий Total Heat Generation, укажите единицы измерения и значение условия.

    Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

    Следующий шаг – определение параметров сетки. Сетки назначаются в разделе Mesh Sizing. В примере параметры сетки определяются вручную, но Autodesk CFD может сделать это автоматически. Элементы, в которых ожидаются наиболее высокие температуры и неравномерность потока, имеют меньшие размеры сеток. В других элементах возможно понизить плотность сетки, тем самым сократив вычислительные ресурсы и время расчёта модели.

    Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD


    После назначения сетки задаются параметры вычислений (решателя). Кликните на панели инструментов кнопку Solve, которая вызовет окно для настройки.  На вкладке Physics поставьте маркер в поле Heat transfer и укажите направление вектора ускорения свободного падения – в примере он направлен против оси Z. Вернитесь обратно на вкладку Control, чтобы указать количество итераций для решения. Решение ищется итеративным путём и предполагается, что оно будет найдено за сто итераций, как в примере. Далее запускается процесс вычисления кнопкой Solve.

    Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

 

Результаты расчётов

После завершения вычислительного процесса программа сама переключится в режим работы Results, в котором представлен набор инструментов для анализа полученных результатов.

Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

На вкладке Global показывается распределение температур. Объемы воздуха можно скрыть и обратить внимание на то, как распределяется температура на серверах.  

Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

Инструмент Planes позволяет анализировать характеристики потока. Он создаёт секущую плоскость, которая рассекает расчётную область и позволяет увидеть, как распределяются характеристики по сечению.

Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

Пользователь может выбрать конкретную характеристику, которую нужно вывести на экран, например, векторное направление потоков воздуха. Это можно сделать в правой верхней области панели инструментов, выбрав из списков интересующие параметры.

Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

Создание изоповерхностей

Изоповерхность – это поверхность одного уровня, на которой выбранный параметр принимает одно и то же значение. Изоповерхность можно создать одноимённым инструментом Iso Surface, кликнув в правой верхней области кнопку Add и выбрав определённые параметры.

Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

При анализе результатов существует возможность рассчитать усреднённые характеристики потоков для отдельных деталей инструментом Parts. Выберите интересующие детали и в окне инструмента кликните Calculate – программа произведёт расчёт и выведет данные в окне Output.

Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

Важным результатом расчёта является энергетический параметр работы кондиционеров. Доступ к параметру пользователь может получить на вкладке Review, кликнув на раздел Summary File. В появившемся окне Summary содержатся общие сведения о результатах расчёта, в разделе Data for heat exchanger devices пользователь может найти характеристики кондиционеров.

Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

В этой статье на примере расчёта тепловых режимов работы серверных помещений были рассмотрены основные возможности и принцип работы Autodesk CFD. Попробуйте произвести подобный расчёт на основе других моделей.