1、題目：數據中心的熱場模擬分析摘要：影響數據中心空調房間氣流組織的主要因素是入口風速、進風口的位置、進回風口的相對位置等，本文采用Fluent軟件來模擬三維的較復雜的數據中心空調室內氣流組織的流動形式，首先在Gambit里建立物理模型，然后對所建立的物理模型進行網格劃分，選用空氣流動的質量守恒方程、動量守恒方程、能量守恒方程以及方程，采用固定的入口風速、出口風速來對空調室內進行模擬分析，并在Fluent軟件中以直觀的方式表示出了各種不同氣流組織方案下氣流的溫度場和速度場(氣流流型圖)，分析討論氣流分布的規律、特點及其適用場合。結果證明，利用湍流模型對空調房間的氣流組織進行數值計算是可行的。這一數

2、值模擬方法也能幫助設計人員預測其氣流設計方案的效果。這對于保證良好的房間空調系統氣流組織設計方案、提高室內空氣品質、減少空調的能耗，對建筑物熱環境的節能設計及室內空氣質量的評價都有重要的意義。Influencetheairconditionroomofthedatacentercurrentofairorganizationofmainfactorisentrancewindvelocity,enterthepositionofplacewithadraught,enterreturntoplacewithadraughtofoppositepositionetc.,thisliteraryg

3、raceuseFluentsoftwareimitate3Dlyandmorecomplicationsofdatacenterairconditionindoorcurrentofairorganizationofflowform,firstintheGambitestablishmentphysicsmodel,thentoestablishmentofphysicsthemodelcarryonameshdividetheline,thequalitywhichchoosetouseaircurrentguardHengsquarethedistance,momentumguardHen

4、gsquarethedistance,energyguardHengsquaredistanceandsquaredistance,adoptionfixofentrancewindvelocity,exportwindvelocitycometoairconditionindoorcarryonimitateanalysis,andmeantbykeepingaviewintheFluentsoftwarevariousdissimilaritycurrentofairorganizationtheprojectdescendtemperaturefieldandspeedfield(the

5、currentofairflowadiagram)ofcurrentofair,analysisregulation,characteristicsthatdiscusscurrentofairsdistributeanditapplysituation.Resultcertificatethatmakeuseofswiftflowmodeltothecurrentofairoftheairconditionroomorganizationcarryonnumbercalculationisviable.Thisnumberimitateamethodalsoabilityhelpdesign

6、personnelestimateitscurrentofairdesignprojectofeffect.Thisforassurancegoodsystemcurrentofairoftheroomairconditionorganizationdesignproject,exaltationindoorairquality,decreaseairconditionofabilityconsume,hottobuildingenvironmentofeconomyenergydesignandindoorairqualityofevaluationallhaveimportanceofme

7、aning.關鍵詞：數據中心、氣體流場、CFD、Fluent軟件問題重述：在一簡化為長為10米，寬為9.5米，高為4米的數據中心機房內，在其機房正中間沿長度方向并排布置4排服務器機柜，每排由5個機柜組成。每個機柜為長1米，寬0.9米，高3米，每個機柜平均分成5層，每層稱為一個機架，每個機架房一臺服務器，每個服務器的功率為4千瓦（見圖1）。由于服務器對工作環境要求比較高，特別是環境溫度，通常數據中心機房需要對機房安裝風冷系統及風排熱系統。風冷系統將冷風（溫度13°）送到冷風道。風熱系統將熱風道的熱風排到機房外。冷風道與熱風道交錯排列，冷風道寬1.5米（靠墻邊略小一些），地板是空隙率為5

8、0%的空心磚，冷風從空心磚進入機房冷風道。熱風道寬1米，熱風通過熱風道頂部的排風孔排出。機架的進風口面對冷風道，出風口面對熱風道，通過氣流運動給服務器降溫（見圖2）。你的任務如下：（1） 建立該問題的機房空氣流場模型，給出冷送風與熱排風均為0.400立方米/秒的室內流場。（2） 建立該問題的熱場分布模型，并在（1）條件下給出該問題的溫度場。（3） 如果外部環境溫度為，機房的正常工作溫度為不超過，計算該機房1天的制冷能耗。問題分析合理布置機柜對于確保機柜擁有適當溫度和足夠的空氣非常重要。采取“面對面、背靠背”的機柜擺放及將空調設備與熱通道對齊方式，這樣在兩排機柜的正面面對通道中間布置冷風出口，形

9、成一個“冷通道”的冷空氣區，冷空氣流經設備后形成了熱空氣，再被排放到兩排機柜背面中的“熱通道”中，最后通過熱通道上方布置的回風口回到空調系統，使整個機房氣流、能量流流動通暢，不但提高了機房精密空調的利用率，而且還進一步提升了制冷效果。基本假設：在建立數學模型前對室內氣體的流動先做以下假設:1氣體有無數無間隙的質點連續的組成2氣體質點的物理參數是空間坐標和時間的連續函數模型建立求解我們采用三維湍流模型方程，為了簡化問題，做如下假設1室內氣體滿足牛頓內摩擦定律，為牛頓流體；2室內流體溫度變化不大，密度可視為常數；3室內氣體的流動形式為穩態紊流；4在紊流中心區，忽略能量方程中由于粘性作用而引起的能量

10、耗散；5室內空氣在房間內壁面上滿足無滑移邊界條件。6忽略人為地產熱量，比如呼吸產熱等氣流流動的控制方程描述室內空氣流動的三維方程可由下列式表示（1）質量守恒方程：（2）動量守恒方程：（3）能量守恒方程：其中：-密度(kg/m3)-時間(s)-位置坐標(m)（i=1,2,3分別表示x,y,z三個方向）-方向的速度(m/s)-粘性系數(kg/(m.s)湍流模型模型是個半經驗公式，主要是基于湍流動能和擴散率。K方程是個精確方程，方程是個由經驗公式導出的方程。模型假定流場完全是湍流，分子之間的粘性可以忽略。標準模型因而只對完全是湍流的流場有效。標準模型的方程湍流動能方程k和擴散方程分別如下:和式中:一

11、一由層流速度梯度而產生的湍流動能;一一由浮力產生的湍流動能;一一在可壓縮湍流中，過渡的擴散產生的波動;,，一一常量;一一K方程的湍流普朗特數(無因次數):一一方程的湍流普朗特數(無因次數);、一一用戶自定義的。湍流速度模型湍流速度從由下式確定其中C，是常量。模型常量如下:Cs=1·44，CZa=1.92，CV=0.09，Ck=1.0，6E=1.3。這些常量是從數據中得來的，包括空氣、水的基本湍流。它們已經發現了怎樣很好地處理墻壁束縛和自由剪切流。RNG 模型RNG模型是從暫態N-S方程中推出的，使用了一種叫" Renormalization Group”的數學方法。解析性是

12、由它直接從標準模型變來，還有其它的一些功能。(1) RNG 模型的方程和一一由層流速度梯度而產生的湍流動能;一一由浮力產生的湍流動能;一一在可壓縮湍流中，過渡的擴散產生的波動;,，一一常量;一一K方程的湍流普朗特數(無因次數):一一方程的湍流普朗特數(無因次數);、一一用戶自定義的。（2）有效速度模型在RNG中消除尺度的過程由以下方程：方程4是一個完整的的方程，從中可以得到湍流變量怎樣影響雷諾數，使得模型對低雷諾數和近壁流有更好的表現。在大雷諾數限制下方程得出：= 0.0845，來自RNG理論。這個值和標準模型總的0.09很接近。在FLUENT中粘性的影響使用在方程的大雷諾數形式。當要計算低雷

13、諾數是可以直接使用給出的方程。K-c模型中的模型湍流的產生在Gk項中，表現了湍流動能的產生，是按照標準RNG帶旋流修正模型而做的，從糟確的K方程，這項可以定義為:為了評估Gk和Boessinesq假設：S是系數，定義為:模型中受湍流浮力影響的模型當重力和溫度要出現在模擬中時，FLUENT中的模型在K方程中考慮到了浮力的影響，相應的也在方程中考慮了，浮力由下式給出：這里:Prt一一湍流能量的普朗特數;一一重力在i方向上的分量。對于標準和帶旋流修正模型，Prt的默認值是0.85.在RNG模型里Prt=1/，這里是由方程確定的，但是熱膨脹系數定義為：利用Fluent軟件可以模擬出圖像計算過程的殘差圖

14、計算完成后，我們保存它的case和data文件，然后可以通過后處理過程來顯示和查看計算結果，我們截取x=1000的平面來顯示出流場的溫度、速度等數據的矢量圖、等值線圖，直觀的表示出計算結果。冷送風與熱排風均為0.400立方米/秒的室內流場。可以模擬出該速度下的速度場和溫度場：冷送風與熱排風均為0.400立方米/秒的室內流場。冷送風與熱排風均為0.400立方米/秒時的熱場分布根據運用Fluent軟件進行計算，可以得出外部環境溫度為，機房的正常工作溫度為不超過，該機房1天的制冷能耗為。結論分析：本文運用Fluent軟件對需調節的空調房間進行了數值模擬，首先建立物理模型，研究了固定送風參數的室內溫度場和速度場，確定了影響室內氣流組織的一些因素，得出了數據中心的機房空氣流場模型、熱場分布模型。全文得出的主要結論如下:1.從計算的結果來看，Fluent軟件在室內空調上的分析應用是可行的，也是很有現實意義的，具有成本低、速度快、可以適應各種不同的工況和計算條件的特點。2.用數值計算的方法來模擬室內空調的氣流組織，