Моделирование среды и инженерных систем в CFD

CFD используется для оценки распределения температуры, давления и скоростей воздуха в дата-холле. Это критично при проектировании систем охлаждения, выборе конфигурации оборудования и анализе устойчивости при отказах. Точные модели позволяют прогнозировать риски перегрева, проверять энергоэффективность решений и оптимизировать расстановку ИТ-оборудования.

Архитектура дата-холла влияет на движение воздуха: высота помещения, наличие фальшпола и подпольного пространства, особенности перегородок, колонн и потолочных элементов. Вертикальные и горизонтальные препятствия меняют направление потоков, вызывая рециркуляцию и локальные перегревы.

При необходимости учитываются:

• теплопритоки через ограждающие конструкции;
• влияние солнечной радиации для внешних помещений;
• тепловая инерция строительных конструкций;
• утечки между помещениями и внутри айслей-контейнмента.

Пограничные условия — главный источник ошибок в CFD для ЦОД. Наиболее чувствительные зоны:

• Перфорированные панели фальшпола. Упрощённое моделирование сопротивления даёт верный расход, но неверную форму струи.
• Кабельные пучки. Их плотность, пористость и геометрия определяют реальное сопротивление потоку.
• Внутренние перегородки, подиумы, балки. Влияют на распределение давления по залу.
• Характеристики решёток и плит. Форма отверстий и подструктура задают начальную турбулентность струи.

Инженерные системы охлаждения моделируются с учётом:

• характеристик CRAC/CRAH-юнитов;
• законов управления вентиляторами и клапанами;
• распределения расхода по фальшполу и потолочным магистралям;
• динамического контроля по датчикам температуры и давления.

Особое внимание уделяется:

• положению датчиков;
• форме вентиляторных кривых;
• режимам увлажнения и осушения;
• возможному неравномерному смешению потоков.

ИТ-нагрузка моделируется с учётом:

• мощности и тепловыделения;
• изменения airflow при изменении нагрузки;
• конфигурации серверов и заполнения стоек;
• возможности рециркуляции внутри шкафа.

Применяются приближённые модели (при концептуальном проектировании) и детализированные (при эксплуатационных исследованиях).

CFD позволяет рассматривать:

• выход из строя N+1 юнита и влияние на перераспределение потока;
• сценарии 2N и отказа независимого контура;
• временные переходные процессы (разгон температурной волны, перестройка струй);
• устойчивость зоны с высокой плотностью ИТ.

CFD предоставляет численные показатели, применяемые при оценке и оптимизации ЦОД.

где RTI характеризует баланс воздуха — долю холодного воздуха, реально прошедшего через ИТ, а не обошедшего их или смешавшегося с горячим.

Другие метрики:

• RCI — степень соответствия температурных условий допустимым пределам.
• SHI / RHI — количество подмешанного воздуха в холодный и горячий потоки.
• Capture Index (CACI, HACI) — эффективность захвата воздуха стоеками и вытяжками.
• Cooling unit load — распределение нагрузки между охладителями.

Визуализация линий тока (streamlines) помогает выявлять:

• скрытые петли рециркуляции;
• зоны утечки горячего воздуха в холодный коридор;
• избыточное влияние соседних охладителей;
• ошибочные направления потоков под фальшполом.

Streamlines используются как основной диагностический инструмент при расследовании инцидентов перегрева.

Для обеспечения достоверности расчёта выполняется калибровка по измеренным данным:

• температуры и скорости на решётках;
• расход воздуха в CRAC/CRAH;
• температуры на входах ИТ и в точках обратки;
• реальные профили нагрузки стоек.