2012数学建模3D机房建模(黑龙江工程学院).doc

2012年 3Ｄ仿真机房建模 摘要 随着绿色数据中心的设计在我国逐步的兴起，在保障制冷效果的前提下，我们现在更加关注能源的合理利用。机房内热环境分析是绿色数据中心设计的主要步骤之一，本文主要对热分布、流场分布、合理分配任务、控制空调的送风速度和送风温度等问题进行研究。 对于问题1描绘流场分布及温度场分布的软件有很多，如matlab、fluent、phoenics，因matlab具有简单易用的程序语言、强大的科学计算数据处理能力及直观出色的图形处理功能，便于推广和普及，因此我们采用matlab软件进行绘图，根据所给数据的特性我们用二维三次多项式插值的方法来绘图，用matlab图像取点的方法找到了在热通道的通道三内，距空调距离为7.2m、高度为2.25m点处的温度最高，最高温度为54.01 ，并从理论上分析了结果的合理性。 对于问题2我们通过分析流体的连续性方程、动量方程、能量方程、紊流能量方程（方程）及紊流能量耗散方程（），通过这些方程的相关关系建立出描绘该问题热分布的流体温度分布模型，选用SIMPLE算法对模型进行求解，并将测试案例的数据代入本模型进行比较，计算结果与实测数据偏差为1%，偏差在合理范围内，从而证明了本模型是合理的。 对于问题3我们联系附件并通过对模型进行分析和计算，我们确定了每个机柜群的任务量，根据第一问的结果分析，我们确定了每个机柜群内部每个机柜的任务量，从而得到了最优任务分配方案。根据该方案联系附件并通过对模型进行分析和计算，用得到的数据作出了不同高度下的温度关于x，y的伪彩色图，分析了温度变化的规律，验证了分配方案的合理性，当任务量为0.8时，最高温度为27，任务量为0.5时，最高温度为23。 对于问题4我们根据《电子信息系统机房设计规范》（附件3）C级要求控制机房的温度在18-28 范围内，控制送风口温度在12-17 ，送风口风速在0.6m/s-1.2m/s。我们对任务量为0.5和0.8时的机房服务器进行分别讨论，根据问题三所得出的结论，使机房各组机柜在最优的任务量分配方案下运行，并在不考虑机房内隐热的影响下，通过正交实验的方法，采用机房空间内环境模拟，得出任务量为0.5时，空调的送风速度和送风温度分别为0.8m/s和13.8，任务量为0.8时，空调的送风速度和送风温度分别为1.0m/s，12.5。 关键词：二维三次多项式插值 流体温度分布模型 SIMPLE 正交实验法 一、问题重述 由于数据中心高密度、多任务的计算需求，刀片服务器凭借着性价比高，体积小而被广泛的使用。但是由于自身能源与冷却条件的限制，每年需要花大量的成本对它进行维护，因此大约在上世纪90年代后期，IBM、HP等公司提出了绿色数据中心的概念，受到了各国的广泛重视。 绿色数据中心的主要目标包括实现最佳PUE即降低能耗提高能源的利用率、实现动态智能制冷、精确的送配风系统、优化的场地设计和电气系统设计、符合全球领先环保节能标准LEED要求、采用不同的散热方式，实现对不同负载的有效支持和最佳的系统部署。 为保证服务器的健康工作，通常需要HVAC降低送风温度或加大送风量，但造成耗能增加，现在依据根据绿色数据中心设计理念，选择合理的送风温度和送分量，使服务器的健康运行，尽量避免局部地区过热。 已知机房的基础设施分布状态和各基础设施的几何尺寸，现按绿色数据中心设计理念解决以下问题： 通过附件1所给的数据，绘制出冷热通道的热分布及流场分布，并找出室内最高温度所在的位置。 分析气体的运动状态及温度的传播方式，建立出热分布模型，选择出合适的算法并通过所给数据验证模型的准确性。 定义该机房的总体任务量为1，根据所建立的模型及附件2的数据，确定服务器任务量为0.8及0.5时的最优任务分配方案，并找出室内最高温度的所在位置。 依据规范C级要求，在满足服务器设计任务量一定的条件下，合理的控制空调送风槽的送风温度和送风速度。 二．问题分析 机房的机柜群采用面对面、背靠背式的空间分布，地下冷风槽通过中孔板将冷空气送入机柜进风口，机柜吸收冷空气并把热空气排向热通道，热空气沿通道向上运动，到达机柜上方后水平运动，最后进入空调的回风孔，经过空调的水冷系统冷却后进入地下冷风槽继续循环制冷。 对于问题一，依据机房内的气体流动形式及温度的分布特性，我们分析出通道一、通道三、通道五温度场和流场的分布是一致的，而通道二和通道四的温度场和流场是一致的，故我们只需研究通道二和通道三的温度场和流场分布即可代替整个冷通道和热通道的温度场和流场分布。由于所给的数据量很少，数据精确度较高，我们用matlab的二维三次多项式插值的方法绘图，然后利用matlab在图像上取点，找出了室内最高温度所在位置，并对结果进行分析。 对于问题二研究空间热分布的分布规律，依据机房的基础设施分布状态和各基