数据中心蓄冷罐模拟分析及安装过程_王传博.pdf
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1、202212Building Construction3034数据中心蓄冷罐模拟分析及安装过程王传博 陆 薇 吕积林中建八局南方建设有限公司 广东 深圳 518036摘要:针对数据中心蓄冷罐的蓄冷/释冷效率、IT设备与空调系统运行稳定性、蓄冷罐的结构可靠性等要求高及现场吊装口小等条件,采用CFD模拟设计、模块化预制、现场焊接拼装的施工工艺,简要分析基于CFD设计的蓄冷罐模块化拼装技术在数据中心蓄冷罐安装过程中的功能实现及应用前景。关键词:数据中心;蓄冷罐;模拟;模块化中图分类号:TU85 文献标志码:A 文章编号:1004-1001(2022)12-3034-04 DOI:10.14144/k
2、i.jzsg.2022.12.062Simulation Analysis and Installation Process of Cold Storage Tank in Data CenterWANG Chuanbo LU Wei L JilinChina Construction Eighth Bureau Southern Construction Co.,Ltd.,Shenzhen,Guangdong 518036,ChinaAbstract:In view of the high requirements for the cold storage/release efficienc
3、y of the cold storage tank in a data center,the operational stability of IT equipment and air conditioning system and the structural reliability of the cold storage tank,and the problem of the small onsite lifting opening,the construction technology of CFD simulation design,modular prefabrication,an
4、d onsite welding assembly is adopted.The function realization and application prospect of the modular assembly technology of the cold storage tank based on CFD design in the installation process of the cold storage tank in the data center are briefly analyzed.Keywords:data center;cold storage tank;s
5、imulation;modularization狭小,通常采用“垂直式”布局,导致设备吊装口尺寸较小,满足不了蓄冷罐的整体到货、整体吊装的条件。本文对基于CFD设计的蓄冷罐模块化拼装技术在数据中心蓄冷罐安装过程中的应用进行探讨分析1-6。1 蓄冷罐模拟分析方案1.1 蓄冷罐模拟分析流程概述通过CFD技术对蓄冷罐内的蓄冷/释冷过程进行仿真模拟,通过多轮次对比,快速有效地设计出结构可靠、蓄冷/释冷效率最高的蓄冷罐。首先,结合工程特点及设计图纸要求,确定蓄冷罐的样式,然后和,根据蓄冷罐的样式进行结构设计,通过CFD技术对蓄冷罐蓄冷/释冷过程进行仿真模拟,根据蓄冷罐内层流流动变化及斜温层的厚度,判定蓄
6、冷罐结构的合理性(图1)。1.2 蓄冷罐CFD模拟过程及分析1.2.1 蓄冷罐样式选择数据中心制冷系统需要综合考虑蓄冷罐、冷水机组、板式换热器和用户负荷这4个部分。由于蓄冷罐设置于室内,受到室内高度和空间的限制,无法安装大型立式蓄冷罐。根据数据中心能耗比要求较高的条件,选择能耗比更好的卧式闭式型蓄冷罐,内部构造如图2所示。随着5G技术、工业互联网、人工智能等相关领域的高速发展,人们对数据中心的建设提出了更高的要求,绿色低碳、安全可靠成为A级数据中心建设的主旋律。一般将数据中心的能耗划分为IT设备能耗、空调能耗、供配电能耗和照明能耗等四部分。过去的数据中心,耗费在空调设备和供电设备上的电能甚至超
7、过了IT设备本身的耗电。因此,细化各部分能耗,针对性地提出优化方案是本数据中心亟需解决的 问题。新建的A级数据中心对空调系统的经济性、安全性和稳定性要求都很高,在空调系统中,一个能效高、蓄冷/释放速率高和能量损失少的蓄冷罐显得尤其重要。传统的蓄冷罐是在行业经验的基础上,基于CAD和REVET设计的,缺乏蓄冷罐内流体温度变化分析,容易导致罐体内冷斜温层厚度大、蓄冷/释冷效率低等问题,普遍蓄冷/释冷效率在80%以下,与A级数据中心的要求相差较大。数据中心建设场地往往位于市区之内,用地面积作者简介:王传博(1983),男,硕士,高级工程师。通信地址:广东省深圳市福田区皇岗路5001号深业上城T1办公
8、楼48楼中建八局南方公司科技部(518036)。电子邮箱:收稿日期:2022-07-29科学研究SCIENTIFIC RESEARCH建筑施工第44卷第12期3035不好不满足好开始蓄冷罐样式选择蓄冷罐结构设计CFD蓄冷/释冷过程仿真模拟效果判定次数判定选择最优蓄冷罐结构出具蓄冷罐结构图纸结束满足图1 基于CFD技术蓄冷罐设计流程示意排污口DN50出水口DN500人孔DN500压力传感器口G1/2布水器进水口DN500温度传感器口G3/4图2 蓄冷罐模型内部构造1.2.2 蓄冷罐结构设计根据罐体直径、罐体长度、设计压力、设计温度等参数,使用过程设备强度计算软件SW6软件计算出满足设计要求的蓄冷
9、罐封头及罐体的厚度。1.2.3 CFD蓄冷/释冷过程仿真模拟通过计算软件算出满足要求的蓄冷罐罐体厚度后,通过改变罐体内部布水器的安装位置、进出水管的安装位置、孔板及折流板的安装位置,构建不同的蓄冷罐模型,逐一进行CFD蓄冷/释放仿真模拟。1)确定CFD仿真模拟的基本条件。在CFD仿真模拟软件上构建上一步骤设计好的卧式闭式型蓄冷罐模型,考虑出水速度对模拟结果的影响,据分析采用“平行流布水”布水技术,在模拟过程中考虑模型中布水器尺度较小,为了提高计算的准确性,对布水器所在位置进行网格加密。2)对蓄冷过程进行CFD仿真模拟。蓄冷工况的最大小时蓄冷速率按照设计最大值计算,经布水器校核计算可知,在蓄冷工
10、况下,例如布水器出水流速v0.007 7 m/s,此时布水器出水雷诺数Re496.4,因而此时水流处于层流流动状态,设置控制方程为层流流动,设置下部布水器处为速度出口,上部布水器处为压力出口。考虑热传递和重力因子,设置收敛因子,通过CFD仿真模拟蓄冷8 h结果,获得蓄冷过程时间间隔为1 h的垂直面温度云图红色为冷冻水的回水(高温),蓝色为冷冻水的供水(低温),中间过渡颜色为斜温层,如图3图6所示。图3 蓄冷1 h(左)、2 h(右)CFD仿真模拟结果图4 蓄冷3 h(左)、4 h(右)CFD仿真模拟结果图5 蓄冷5 h(左)、6 h(右)CFD仿真模拟结果图6 蓄冷7 h(左)、8 h(右)C
11、FD仿真模拟结果此外,为了更直观地看到斜温层的高度情况,选取中间位置的温度点生成温度曲线图,进行斜温层的厚度计算,如图7所示。16141210864静温/0123456位置/m500 mm图7 中间阶段蓄冷过程斜温层厚度测算最后根据上述条件计算出蓄冷过程的斜温层厚度。3)对释冷过程进行CFD仿真模拟。释冷工况的最大小时释冷速率按照设计最大释放量要求,经布水器校核计算可知,在蓄冷工况下,布水器出水流速v0.015 4 m/s,此时布水器出水雷诺数Re992.8,因而此时水流处于层流流动状态,设置控制方程为层流流动,设置上部布水器处为速度入口,下部布水器处为压力出口。考虑热传递和重力王传博、陆薇、
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