20xx年“深圳杯”全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模夏令營(yíng)c題吉林大學(xué)(已修改)
2025-05-11 21:41 本頁面
【正文】 基于 Airpak的綠色機(jī)房模型仿真評(píng)價(jià)與控制 講解者 :李鑫 組員 :熊釗 于壯 李鑫 (吉林大學(xué) ) 概述 機(jī)房模型建立及求解 變量說明 3 問題重述與分析 3 12 模型假設(shè) 模型評(píng)價(jià)與推廣 3 54 一 .問題重述與分析 ? 隨著人們對(duì)高密度計(jì)算 ,多仸務(wù)計(jì)算的需求 ,越來越多的高性能數(shù)據(jù)中心或互聯(lián)網(wǎng)中心（ DC,IDC）建成 ， 為了保證機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備健康運(yùn)行 ,數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)必須根據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)熱點(diǎn)的溫度（室內(nèi)最高溫度）向機(jī)房送配冷氣 .合理地給服務(wù)器分配工作仸務(wù) ,能夠降低機(jī)房?jī)?nèi)熱點(diǎn)的溫度 ,達(dá)到節(jié)能目的 . 繪制 機(jī)房 冷 ,熱通道的熱分布及流場(chǎng)分布 ,求出室內(nèi)熱點(diǎn)的位置 。 機(jī)房熱分布數(shù)學(xué)模型的建立與比較 。 機(jī)房實(shí)際任務(wù)量下的最優(yōu)任務(wù)分配方案求解 。 按照《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》 C級(jí)要求控制機(jī)房溫度 ,服務(wù)器設(shè)計(jì)任務(wù)量一定條件下 ,對(duì)空調(diào)的送風(fēng)速度或送風(fēng)溫度的合理控制 . ? 機(jī)房?jī)?nèi)流體為不可壓縮牛頓流體 ,且符合 Boussinesq假設(shè) 。 ? 室內(nèi)流體為粘性流體 ,流體作定常流動(dòng) ,忽略由流體粘性力做功所引起的耗散熱 。 ? 假定流場(chǎng)具有高的紊流 Re數(shù) ,流體的紊流粘性各向同性 。 ? 不考慮機(jī)房外部傳熱的影響 。 ? 將機(jī)房近似看作封閉系統(tǒng) 。 ? 不考慮機(jī)房?jī)?nèi)其他輔助設(shè)備 (如 PDU等 )對(duì)整個(gè)模型影響 。 ? 流動(dòng)為紊態(tài)流動(dòng) 。 ? 忽略固體壁面和室內(nèi)物體表面的熱輻射 . 二 .模型假設(shè) 時(shí)間 維數(shù) 擴(kuò)散通量 W(t) 空調(diào)系統(tǒng)的工作負(fù)荷 三 .變量說明 變量 變量說明 各通道的橫坐標(biāo)值 ,縱坐標(biāo)值 ,高度值 通用變量 速度矢量 源項(xiàng) 動(dòng)量 熱源 ,污染源等引起的源項(xiàng) 為湍流脈動(dòng)動(dòng)能的耗散率 各通道主機(jī)的橫坐標(biāo)值 ,縱坐標(biāo)值 ,高度值 湍流 速度 編號(hào) 為 的 機(jī)柜任務(wù)分配因子 編號(hào) 為 的 機(jī)柜附近處熱點(diǎn)溫度 編號(hào) 為 的 機(jī)柜的發(fā)熱功率 變量 變量說明 空氣 動(dòng)力 粘度 ,取 機(jī)房 中機(jī)柜 編號(hào) , R 機(jī)房?jī)?nèi)熱點(diǎn)處的溫度 機(jī)柜滿負(fù)荷工作時(shí)發(fā)熱 功率 標(biāo)定 溫度 法 中 的標(biāo)定溫度 距離變量 湍流脈動(dòng)功能 空氣密度 ,取 三 .變量說明 四 .機(jī)房模型建立及求解 問題一 :繪制 機(jī)房 冷 ,熱通道的熱分布及流場(chǎng)分布 ,求出室內(nèi)熱點(diǎn)的位置 1. 冷 ,熱通道的熱分布 熱通道 冷通道 問題一 :繪制 機(jī)房 冷 ,熱通道的熱分布及流場(chǎng)分布 ,求出室內(nèi)熱點(diǎn)的位置 2. 冷 ,熱通道的速度分布 熱通道 冷通道 四 .機(jī)房模型建立及求解 問題一 :繪制 機(jī)房 冷 ,熱通道的熱分布及流場(chǎng)分布 ,求出室內(nèi)熱點(diǎn)的位置 3. 機(jī)房?jī)?nèi)最高溫度位置 四 .機(jī)房模型建立及求解 利用 MATLAB編程可求解室內(nèi)溫度最高位置在通道 3（熱通道） , 處 ,最高溫度為 ℃ 問題二 :機(jī)房熱分布數(shù)學(xué)模型的建立與比較 1. CFD分析方法 四 .機(jī)房模型建立及求解 建立模型 （ Build Model） 生成網(wǎng)格 （ Generate Mesh） 檢測(cè)結(jié)果 （ Examine Results） 計(jì)算求解 （ Calculate Solution） Airpak FLUENT 問題二 :機(jī)房熱分布數(shù)學(xué)模型的建立與比較 2 . 研究對(duì)象的物理模型 邊界條件 整個(gè)計(jì)算空間大約 283m3,考慮到機(jī)房的復(fù)雜性 ,采用混合網(wǎng)格對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行離散 ,即采用變步長(zhǎng)的方法對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行劃分 ,對(duì)氣流速度變化較快的區(qū)域進(jìn)行不同程度的網(wǎng)格加密 ,根據(jù)題目中所給數(shù)據(jù)插值來施加周期邊界條件 : a)送風(fēng)口和回風(fēng)口分別設(shè)為風(fēng)速進(jìn)口邊界和出口邊界 。 b)機(jī)架設(shè)為熱通量邊界 ,數(shù)值上取其總發(fā)熱量與散熱表面積之比 。 c)機(jī)房的邊界設(shè)為恒溫邊界 . 四 .機(jī)房模型建立及求解 問題二 :機(jī)房熱分布數(shù)學(xué)模型的建立與比較 3 .網(wǎng)格劃分 由于機(jī)房?jī)?nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,為了更準(zhǔn)確的反映房?jī)?nèi)的氣流組織 ,在劃分網(wǎng)格時(shí)對(duì)有物體的地方 ,如空調(diào) ,機(jī)柜群等處網(wǎng)格相對(duì)其他地方更細(xì)密 .右圖為不同截面的網(wǎng)格分布 . 四 .機(jī)房模型建立及求解 問題二 :機(jī)房熱分布數(shù)學(xué)模型的建立與比較 4 .計(jì)算求解 建立數(shù)學(xué)模型是對(duì)所研究的流動(dòng)問題進(jìn)行數(shù)學(xué)描述 ,連續(xù)性方程 ,動(dòng)量方程 ,能量方程都可以寫成下列通用控制微分方程的形式 : 連續(xù)性方程 : K方程 : ε方程 : 由于控制方程是非線性的 ,所以在達(dá)到收斂精度之前 ,需進(jìn)行迭代求解 .我們采用的 Airpak利用有限體積法 ,把計(jì)算區(qū)域劃分為離散的控制體積網(wǎng)格 ,在每個(gè)控制體積上積分控制方程 ,形成計(jì)算變量的代數(shù)方程 ,然后進(jìn)行迭代求解 . 四 .機(jī)房模型建立及求解 問題二 :機(jī)房熱分布數(shù)學(xué)模型的建立與比較 5 .檢查結(jié)果 按附件數(shù)據(jù)給定相關(guān)參數(shù)后得到機(jī)房的熱分布圖
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