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1、第2 9 卷第3 期 2 0 0 8 年6 月 能源技术 E N E R G YT E C H N O I 。O G Y V o L2 9 3 J u r L2 0 0 8 基于C F D 软件的机房通风系统数值模拟 陈秀敏。陈超志，赵范心，梅熠 ( 中国机械工程学会，北京1 0 0 8 2 3 ) 摘要：机房通风及温度分布情况和网络设备的工作稳定性及使用寿命密切相关，结合新办公 楼装修和机房组建的实际情况，利用C F D 软件A i r p a k 建立的机房通风系统物理模型，分析了采用 空调送风和排气扇排风方式进行通风，机房内的速度场及温度场分布特点。结果表明，无论是制冷 还是采暖通风的方
2、式和送排风的位置设置对机房空气流通和温度分布都有较大影响，这些结果可 以为选择合适的排风系统及风口的设置提供依据，确保所用排风系统满足网络设备的工作要求。 关键词：C F D ；机房；通风系统；温度场；速度场 中图分类号：T U l l l 1 9文献标识码：A文章编号：1 0 0 5 7 4 3 9 2 0 0 8 ) 0 3 _ 0 1 7 0 _ 0 3 N u m e r i c a ls i m u l a t i o no fE I l g i 眦I 渤mA i r f l o wS y s t e mB 嬲e d0 I I lC I DS o 脚a 1 1 e a I E N I
3、 H n i n 。a 也Na I a 0 曲i ，Z H A OF a I 卜x i I l 。M E IY i ( C h i n e s eM e c h a I l i c a lE n g i n e e r i n gs y s t 咖IB e n 啦! 0 0 8 2 3 ，C K m ) A b s 昀c t ：T h ea i r f l o wc o n d i t i o na n dt 咖p e r a t u r ed i s t r i b u t i o ni ne n g i n er 0 0 ma r ed o s e l yr e l a t e d 、I
4、I ，i t ht h es t a b i l i t y a n ds e r v i c el i f eo fn e t w D r ke q u i p m e n t s T w oa i 胡o ws y s t 咖s ，a i rc o n d i t i o n i n ga n df a nc a I lb ea d o p t e df o rt h en e w o f f i c eb u i l d i n g se n g i n er o o 札I nt 1 1 i sp a p e r 。t h es p e e da n dt 锄p e r a t u r e
5、f i e l d sa r ec o m p u t e du n d e rt h e 仰oa i r f l o w s y s t e m sb yu s i n gC F Ds o f 柳a r e r p a kt oe n s u r et h es e l e c t e da i r f l o ws y s t 锄i sa d o p t a b l ew h e nh e a t i n go r r e f r i g e r a t i n g T h er e s u l t ss h o wt h ta i r f l o ws y s t 咖a n do p e
6、 n i n gp o s i t i o nh I v eg r e a ti 1 1 1 p a c tont h es p e e da n d t 咖p e r a t u r ef i e l d sd i s t r i b u t i o ni ne n g i n er 0 0 玑 I t i sh e l p f u l o rt h e s e l e c t i o no fa i rn o ws ) r s t e ma r l dp o s i t i o no f o p e n i n 舀 K e y w o r d s ：C F D ；E n 西n er o o
7、 m ；m r n o ws y s t e m ；T 咖p e r a t u r ef i d d ；S p e e df i e l d 随着网络应用技术的不断发展，企业内部的资 源共享和信息交换等都已经通过局域网来完成。通 常，企业的局域网采用星型布线系统组建，机房是星 型结构的核心，机房内的温度和空气流通关系着机 房内设备和整个网络的稳定运行及使用寿命 1 。适 逢新办公楼装修，本文将借助C F D 软件A i r p a k 纠， 建立机房的物理模型，利用模型对两种不同排风方 式在供暖及制冷工况下形成的机房内速度场及温度 场进行分析，根据分析结果合理选择送风位置及机 柜的摆放位置，
8、使之有利于机房内网络系统的正常 运行。 l 作为研究对象的两种通风方案 本文研究的机房是大楼的公共办公区中隔出的 一小房间( 图1 ) ，其长宽高分别为2 9 8m ，1 2m 和 1 7 0 图1 机房位置示意图 2 8m 。机房的墙面为内粉刷，采用硅盖板吊顶，机 房外的办公区采用中央空调系统制冷及供暖。机房 内仅放置网络机柜( 内置交换机、路由器等网络设 备) ，机柜的前面板为网状面板，顶部设有风扇进行 强制排风。设计公司提出了两种机房通风系统方 案，第1 方案利用排风扇抽风( 见图2 ) ，第2 方案利 用中央空调送风( 见图3 ) 。方案1 结构简单，投资 陈霪熟等：基于c F D 软
9、件的机房通风系统数值模拟 少，机房一年四季都可保证空气流通，设计公司担心 夏季降温效果不好，排风不能完全将机柜内交换机 等产生的的热量完全带走。方案2 在机房内设置中 央空调送风口，可以保证夏季机柜内有适当温度，不 过这个方案结构复杂投资较大，而且冬季只能关闭 风口，采用自然对流，机柜内温度不易调节。 风扇 图3 方案2 空调送风 口 口 2 计算模型 2 种方案各有利弊，为了比较这2 种方案通风 的效果，决定利用C F D 软件A i r p a k 进行模拟。在 确定模型前，为简化问题假设室内空气为不可压缩 流体、流动为稳态流动，同时模型不考虑门以及房间 的漏风影响，气体交换仅仅发生在进出
10、风口。 A i r p a k 采用有限体积法( F i n i t eV o l u m eM e t h o d ) 对计算对象进行离散，计算区域划分的每个网格 点周围都有一个互不重复的控制体积，利用待解的 微分方程( 控制方程) 对每一个控制体积积分得出一 组离散方程 3 。本文采用六面体网格，网格的最大 单元为o 2m o 2m o 1 m ，同时还对机柜放置 处和送风口等温度和速度梯度较大地方的网格进行 局部加密细化。方案l 网格数为4 3 0 8 9 ，结点数为 4 6 9 5 6 ；方案2 网格数为2 9 3 7 6 ，结点数为3 2 3 4 0 ；图 4 和图5 分别是两种方案
11、沿宽度的某截面的网格示 意。模型的有关计算参数如表1 所示。 图4 方案l 截面网格图 图5 方案2 截面网格图 表1 计算参数 计算部位尺寸参数 。整体景芝：鼍n 二矾! r r ：仉6 絮用基本风口模型 3 ， 机柜 黧凳：献譬mi 磊磊。：i 。 出风口0 5m O 1m 。 环境温度一 妻茎： 3 模拟结果及其分析 3 1 夏季 。 根据节能减排有关要求，夏季办公区空调温度 不低于2 6 ，计算中空调送风温度设为1 9 ，环境 温度设为2 6 。 ( 1 ) 采用方案1 排风扇排风时，机房内过宽度 方向中心截面处的速度场如图6 所示。从图中可以 看出，自房间底部进风口进入的冷空气，遇到
12、机柜后 除小部分碰到机柜壁而折回外，大部分空气经由机 柜的进风口进入机柜；这部分空气遇到热源升温然 后经机柜的出风口流出，经过热交后成为热空气最 后由排风扇吸出。从图6 中还可以看到，远离风扇 】7 】 - 陈秀敏等! 基王垦旦鏊赞的机房通风系统数值模拟 图6 方案l 夏季空气流动 处空气形成羽状气流流场，为混合流动。机房及机 柜内空气流动很通畅。 方案1 的温度场见图7 。可以看出，机柜中的 热源在上部，热源附近温度最高( 达3 6 3 ) ，排风 扇附近及空气流动较慢处次之，机房进风口处最低。 图7 方案1 夏季温度场 ( 2 ) 采用方案2 空调送冷风时，机房内的速度 场如图8 所示。在
13、该模型中，机柜置于空调送风口 正下方，从送风口下降的部分冷空气进入机柜，遇热 源升温后向上又从通风口排出，整个机房及机柜内 的空气流动不够流畅。图9 是方案2 的温度分布， 可以看出，机柜上端热源处温度最高，3 5 5 ，稍低 于方案1 的结果。 图8 方案2 夏季空气流动 ( 3 ) 改进方案。根据方案2 的速度场分布的模 拟结果，发现空调送风口置于机柜正上方，不利于机 柜内的空气流通。为此把空调送风口的位置沿机柜 图9 方案2 夏季温度场 进风口的前方移动使机房出风口置于机柜出风口侧 上方 4 ，见图1 0 ，希望机房及机柜内的空气流动情 况将改善。改进方案的计算结果如图1 1 和图1 2
14、 所 示。可以看出，改变风口位置后，机房及机柜内空气 流动情况通畅了许多，冷空气下降后，大部分直接进 入机柜，升温后经由机柜和机房出风口排出，机柜内 出风口 图1 0 改进模型 图1 1 改进后方案2 的夏季速度场 图1 2 改进后方案2 的夏季温度场 ( 下转第1 7 6 页) 鳖卫生簦! 皇 3 0 0 M w 变工况运行应达值的确定方法 表7 其他两种滑压运行方式下给水泵出口 压力计算结果I P a 6 凝汽器的端差 凝汽器端差& 为： 8 仁1 牛 e 菇一1 式中：A 。为凝汽器的冷却面积；是为凝汽器总体传 热系数。 由于& 一5 2 5 爱，则有： & 一1 攀 ( P 菇一1 )
15、 D w 由此计算的3 0 0 M W 机组在变工况下凝汽器端 差应达值见表8 。 表8 变工况下凝汽器的端差 K 7 结论 本文给出了各运行工况下主要参数应达值的确 定方法，当结合实际数据时便可以根据计算结果分 析变工况下各种设备的运行情况发生的原因，有助 于指导运行人员经济运行，而且为经济性计算提供 了方法，根据上述方法便可以分析在变工况下各个 参数对经济性的影响，同时为电厂能耗分析的提供 了重要依据，便于进行节能分析。 ( 上接第】7 2 页) 温度比未改变风口位置时下降2 左右。若送风温 度降至1 3 ，机柜内最高温度可降至3 1 。 3 2 冬季 冬季供暖时，方案1 强制通风室内温度
16、场分布 见图1 3 ，图1 4 为改进后的方案2 冬季室内温度场。 可以看出，两种方案的最高温度均低于3 0 ，室内 温度相差不大。 图1 4 改进后的方案2 冬季温度场 在近似边界条件下，降温效果略低于空调送风。 ( 3 ) 空调送风口的位置及机柜的摆放，与机柜 内的空气流动密切相关，合理设置风口位置和摆放 机柜，可以改善机房的空气流动及温度分布。 ( 4 ) 供暖时，采用排风扇强制抽风效果稍优于 自然对流，但两者差别不明显。 图1 3 方案1 冬季温度场 参考文献： 4 结论 1 在近似边界条件下，对排风扇及空调送风两种 r 2 通风方式的机房内的温度场及速度场进行模拟。分 析比较可以得到
17、下列结论。 3 ( 1 ) 机柜采用前面板进风，顶部出风时，机柜顶 部的温度最高。 4 ( 2 ) 采用排风扇排风时，室内空气流动通畅，但 】7 6 史俊刚通用机房设计的的基本原则 J 山西建筑， 2 0 0 8 ，3 4 ( 3 ) ：8 7 - 8 8 叶欣，蒋修英，沈国民A 卸a 1 【软件在气流组织领域的 方兴未艾 J 应用能源技术，2 0 0 6 ，1 0 ：4 5 4 7 赵彬，李先庭，彦启森室内空气流动数值模拟的风口 模型综述口 暖通空调，2 0 0 0 ，3 0 ( 5 ) ：3 3 3 7 雷晓维自然散热条件下的机柜机箱的计算机辅助热 设计计算 J 声学与电子工程，1 9 9 5 ，3 7 ( 1 ) ：3 7 4 2