Хотя CFD чаще всего ассоциируется с моделированием машинных залов, область применения значительно шире. Воздушные потоки вокруг наружных чиллеров и градирен, охлаждение аккумуляторных помещений и ИБП, вентиляция дизель-генераторных залов, а также любые вспомогательные пространства, где присутствует оборудование или персонал, — всё это может требовать CFD-анализа.

На практике в ЦОД CFD применяется на трёх уровнях:

• уровень зала — анализ маршрутов воздуха, рециркуляций, распределения тепла;
• уровень стойки или группы стоек — оценка влияния конфигурации оборудования на локальные рециркуляции;
• уровень оборудования — исследование внутренних воздушных потоков для критичных конфигураций.

Такой многоуровневый подход важен, потому что проблемы охлаждения нередко возникают не только из-за конфигурации зала, но и из-за неправильной компоновки одной стойки.

В проектировании применяются два масштабных режима: концептуальный и детальный.

На этом этапе CFD используется для выбора архитектуры охлаждения и общей схемы распределения воздуха. Точная конфигурация оборудования ещё неизвестна, поэтому применяются упрощённые модели:

• охлаждение описывается типовыми параметрами CRAC/CRAH;
• уставки температуры и расхода считаются фиксированными;
• оборудование моделируется как идеализированные «источники тепла» с фронтальным охлаждением;
• стойки считаются полностью заполненными равномерно работающим ИТ;
• кабельные вводы и утечки считаются минимальными.

Такая идеализация позволяет быстро протестировать фундаментальные решения: тип охлаждения (CRAC, in-row, overhead, свободное охлаждение), размеры и схема зала, конфигурация горячих/холодных коридоров, высота фальшпола и потолка, расположение решёток и воздуховодов.

Когда архитектура выбрана, проводится детальный CFD-анализ. В этой стадии важна проработка всего, что в концепции было упрощено:

• конкретные типы CRAC/CRAH, модели вентиляторов, карта расхода воздуха;
• параметры управляющих систем — датчики, алгоритмы регулирования, переменный расход;
• неоднородное распределение нагрузки по стойкам;
• различия между стойками: высота, отверстия, уплотнения, боковые щели;
• реалистичные кабельные вводы и утечки;
• расположение коммутаторов, пустые юниты, несимметричные конфигурации;
• плотность заполнения стойки и её влияние на рециркуляции.

Детальный CFD-анализ позволяет выявить эффекты, которые невозможно увидеть в концепции: короткие замыкания потоков, локальные горячие зоны, асимметричные вентиляционные петли, нестандартные режимы работы CRAC при частичном заполнении зала.

CFD применяется и для внешней аэродинамики — чиллеры, сухие охладители, градирни, генераторные помещения. Это более сложная задача: влияние ветра, турбулентные структуры, взаимодействие горячих и холодных струй, переменная роза ветров.

Моделирование внешних потоков требует повышенного качества сетки либо применения методов крупномасштабных вихрей (LES). Но для ЦОД это чаще всего экономически непрактично, поэтому применяется подход чувствительности: задача решается не как точный прогноз, а как анализ рисков.

CFD широко используется для анализа работающих дата-холлов. Модель создаётся на основе существующей конфигурации с упрощениями, достаточными для понимания общих проблем. Такой подход позволяет:

• находить горячие зоны и рециркуляции;
• оценивать реальную эффективность схемы охлаждения;
• тестировать корректность планируемых изменений;
• локализовать проблемы до проведения работ.

CFD также применяется как инструмент диагностики: если температура на входе стойки повышена, модель может показать, что причина не в ней, а в соседнем коридоре или даже в другом ряду стоек. Потоки могут быть крайне чувствительны к мелким деталям, что затрудняет визуальную диагностику, но точно отражается в моделировании.

Проблема классических DCIM-систем — они дают картину текущей загрузки, но не позволяют прогнозировать последствия будущих изменений. CFD решает эту задачу, позволяя:

• оценивать тепловое влияние нового оборудования до его установки;
• предсказывать изменения при перераспределении нагрузки;
• анализировать сценарии отказов и переходов по резервированию;
• удерживать фактическую ёмкость зала на уровне проектной (или выше).

На крупных площадках изменение развёртки ИТ-оборудования происходит почти ежедневно. Любое перемещение стойки может вызвать локальный перегрев — и это невозможно увидеть без модели.

Для точной эксплуатации CFD-модель должна регулярно калиброваться. Это означает сравнение расчётов с фактическими измерениями и обновление параметров, если расхождения растут.

Калибровка проводится:

• после значимых изменений конфигурации ИТ;
• при вводе новых CRAC/CRAH;
• при появлении аномальных температур;
• по регулярному графику (обычно раз в квартал).

В процессе калибровки измеряются:

• фактические температуры и расходы CRAC/CRAH;
• расход воздуха через перфорированные плиты;
• потребление мощности ИТ;
• температура воздуха на входах стойки.

Отдельная сложность — измерение расхода через перфорированные плиты: современные плиты имеют низкое сопротивление, и установка измерительного оборудования способна искажать поток. Поэтому данные требуют корректной интерпретации.

Корректно построенная и откалиброванная CFD-модель позволяет сформировать фактически цифровой двойник ЦОД. Такой двойник: