Progrès de la recherche sur le refroidissement à changement de phase immergé dans un centre de données

Avec l'amélioration des performances des ordinateurs et l'intégration des équipements informatiques, la densité de flux de chaleur des centres de données a augmenté et les exigences en matière de systèmes de dissipation thermique augmentent également. En raison des points chauds et des problèmes de consommation d'énergie élevés du refroidissement par eau et du refroidissement par air traditionnels, il est difficile de répondre aux problèmes émergents

Les exigences de dissipation thermique des appareils électroniques ont conduit au développement de la technologie de refroidissement à changement de phase immergé. Le système de refroidissement à changement de phase immergé est principalement composé d'une section d'évaporation, d'une section de condensation et d'un système de circulation.

L'équipement de chauffage est immergé dans un isolant inerte Contact direct avec l'agent de dissipation thermique.

Cette méthode présente les avantages d'une bonne dissipation thermique et d'une faible consommation d'énergie. À l'heure actuelle, la technologie de refroidissement par changement de phase par immersion en est à ses balbutiements. Au cours des prochaines années, avec le développement rapide de technologies telles que l'industrie intelligente et le cloud computing, les nouvelles technologies de dissipation thermique représentées par le refroidissement par changement de phase par immersion deviendront sûrement la technologie de dissipation thermique principale pour les centres de données.

Cet article prend la structure principale et le principe du système de refroidissement à changement de phase immergé comme point de départ, analyse l'orientation actuelle de la recherche et l'état du développement à partir de la sélection des matériaux de refroidissement et du mécanisme de transfert de chaleur par ébullition, et les perspectives de la technologie de refroidissement à changement de phase immergé. .

Les chercheurs ont mené de nombreuses recherches sur les méthodes de dissipation thermique des centres de données : la dissipation thermique traditionnelle refroidie par air a été optimisée pour l'organisation du flux d'air, des serveurs de dissipation thermique refroidis par eau ont été installés avec des fonds de panier, la technologie de dissipation thermique par caloduc, le changement de phase immergé le refroidissement et la récupération de la chaleur perdue ont été effectués.

Recherche sur une variété de technologies pour réduire la consommation d'énergie. Dans le même temps, les grands fabricants de serveurs nationaux et étrangers explorent également activement des méthodes de dissipation thermique efficaces. La société chinoise Sugon's a une fois lancé un serveur de refroidissement immergé, comme le montre la figure 2.

Ce serveur peut être utilisé dans les centres de données. La valeur PUE de la salle informatique est réduite à 1,05, et la consommation d'énergie est réduite de plus de 30 % par rapport au centre de données traditionnel refroidi à l'air. Les retombées économiques sont importantes. Le"Kirin" Le serveur lancé par Alibaba ne nécessite pas de climatisation, de ventilateurs et d'autres accessoires et peut être déployé n'importe où. Il économise plus de 75 % d'espace et son degré élevé d'étanchéité à l'air maintient les composants électroniques à l'abri de la poussière, de l'humidité et d'autres facteurs, et est protégé contre les interférences externes. En plus des équipements de dissipation thermique, certaines entreprises se sont engagées dans la recherche et le développement de fluides de refroidissement, développés par 3M aux États-Unis. Un fluide de refroidissement Novec, qui possède les propriétés isolantes les plus élémentaires, a un point d'ébullition inférieur à celui des fluides de refroidissement courants. (comme l'eau pure, le liquide fluoré et l'huile minérale).

Dans diverses directions de recherche, l'immersion En raison de ses avantages tels que des performances de dissipation thermique élevées, une maintenance pratique et un faible bruit, la technologie de refroidissement à changement de phase est devenue l'objet de la recherche actuelle.

Sélection du fluide de refroidissement Le dispositif de système de refroidissement à changement de phase immergé nécessite des performances d'étanchéité élevées et des exigences plus élevées pour les installations matérielles ; dans le même temps, le choix du fluide de refroidissement est également la clé de la technologie de refroidissement à changement de phase immergé. Le fluide réfrigérant qualifié doit avoir les caractéristiques suivantes.

(1) Il a une chaleur latente de vaporisation élevée, c'est-à-dire que la même quantité de dissipation thermique utilise moins de fluide de refroidissement, ce qui peut améliorer l'efficacité de la dissipation thermique tout en réduisant la consommation d'énergie supplémentaire des pompes, des tours de refroidissement et d'autres équipements.

(2) Il satisfait aux exigences d'isolation dans son état mixte liquide, gazeux et gaz-liquide.

(3) Il doit avoir un point d'ébullition bas. Lorsque la température du serveur n'est pas très élevée, le liquide de refroidissement peut également subir un changement de phase stable pour évacuer la chaleur afin d'assurer la température stable du serveur et le fonctionnement normal du centre de données.

(4) Non corrosif pour les matériaux du serveur.

(5) Il est respectueux de l'environnement, non toxique, inoffensif et facile à manipuler.

(6) Économie élevée. À l'heure actuelle, les substances aromatiques, les silicates et les fluorocarbures sont inclus dans le champ de recherche du milieu de refroidissement du système de refroidissement à changement de phase immergé. L'huile minérale et le liquide fluoré sont les fluides de refroidissement par contact direct les plus largement utilisés. L'huile minérale est bon marché ､ Respectueuse de l'environnement, non toxique et inoffensive, mais se décompose facilement et est une substance combustible, ce qui est plus dangereux. Par rapport à l'huile minérale, le prix du fluorure est légèrement plus élevé, mais ses propriétés sont stables, ignifuges et une constante diélectrique appropriée. Le moyen de refroidissement le plus populaire à l'heure actuelle. Xu Yongsheng et d'autres ont utilisé des électrodes à plaque à aiguille pour simuler l'environnement de champ électrique commun extrêmement inégal et ont construit une plate-forme de détection de décharge partielle basée sur un système de test de tension de tenue CA haute tension de 50 Hz pour explorer l'effet de l'ébullition du réfrigérant sur la décharge partielle L'influence de la valeur seuil. Les résultats de la recherche montrent que l'ébullition du réfrigérant réduira la valeur seuil d'isolation de l'environnement d'isolation. Mo Shenyang et d'autres ont utilisé un dispositif de test d'isolation pour mener une étude systématique sur les caractéristiques de dégradation du réfrigérant FC-72 dans les états liquide, gazeux et diphasique. , La rigidité diélectrique de la vapeur FC-72 a été obtenue grâce au test de claquage de tension à fréquence d'alimentation, et le test de rigidité diélectrique multi-pression de la vapeur de réfrigérant à bas point d'ébullition a été réalisé. Wu Xilei et d'autres ont simulé 4 liquides fluorés couramment utilisés (FC-72, L'influence de Novec649, HFE-7100 et D-1) sur l'effet de dissipation thermique du système de refroidissement à changement de phase immergé. Les résultats de la simulation montrent que la densité de flux thermique requise pour le transfert de chaleur par ébullition D-1 est la plus petite, mais sa capacité de dissipation thermique maximale est proche de Novec649, légèrement inférieure à FC-72 et HFE-7100, elle peut remplacer l'électronique fluorée existante liquide Novec649 en refroidissement à changement de phase immergé. Dong Jinxi et d'autres ont analysé le liquide de refroidissement à base d'hydrocarbures synthétiques (PAO) et l'éthylène glycol #65 par le biais d'expériences. Les propriétés physiques et thermodynamiques du liquide de refroidissement similaire (ci-après dénommé #65), #65 a une capacité de dissipation de chaleur la stabilité physique et la non-conductivité du PAO sont supérieures à #65. Maintenant, il y a moins de recherches sur les fluides de refroidissement et les besoins Des recherches supplémentaires ont été menées et ont trouvé un fluide de refroidissement avec des propriétés physiques stables et une capacité de dissipation thermique élevée.

Une optimisation supplémentaire de la technologie de refroidissement à changement de phase immergé peut améliorer son efficacité de refroidissement. Les prochaines directions de recherche sont les suivantes.

(1) Préparer le fluide de refroidissement avec des propriétés stables, étudier l'influence de l'environnement de champ électrique inégal sur les propriétés du liquide de refroidissement et effectuer le test de rigidité diélectrique du fluide de refroidissement sous une intensité de champ élevée.

(2) Le liquide fluoré a une forte volatilité, recherche et développement de matériaux d'étanchéité pour dissipateurs thermiques correspondants.

(3) Grâce à des expériences, explorer davantage l'influence de différents facteurs sur la formation de bulles dans le microcanal, étudier le mécanisme de transfert de chaleur d'ébullition à la surface du serveur et établir un modèle de transfert de chaleur d'ébullition plus représentatif.

(4) Testez dans le temps les matériaux polymères d'emballage des appareils électroniques pour assurer leur durée de vie, réduire les coûts de maintenance lors de l'utilisation du serveur et diminuer la fiabilité causée par une maintenance fréquente.