将数据中神思房的环境温度提高到65°C(149°F)可以辅助企业大大降低冷却成本。然而，在这样的高温状态下保持操作也会带来相应的挑衅，而且这还不包括在如斯残酷的环境下工作对于工作职员而言是如许的可怕。风扇被内置于机架内部，以避免他们的运行操作温度高于70°C(158°F)。有了这样的构造部署，风扇的进气口必须经由周密的设计，以保障其可以包容一个防尘过滤器。排气安装是相当主要的，以预防当空气靠近卡笼时所带来的大的速度变化，因为这种变化会使得任何一个卡均可以被放置在机架的任何插槽的要求难以满意。

我们为客户设计了一款机架，使其可以在65°C的环境下无穷期运行，并能消失到2千瓦。该设计的目的是降低压力下降和滤尘器的维修频率，以及提供相对均匀的气流分布，使高功率卡可以被安置在任何槽。

数据核心的高温操作岂但会带来潜在的操作问题，同时也可能导致某些拜访和保护问题。固然65℃的机房操作环境要显著低于一间桑拿浴室的温度，但人的舒服度和保险则是一个相称重大的问题。机架设计必须许可快捷可以改换所有部件，包含风扇和过滤器。此外，维修频率必需保持不变或降低。更频繁地调换风扇显然增加了本钱和停机时光。

治理气流跟压力降落

在操作过程中，大多数风扇都会被限制在70°C。在65°C时，“平均故障距离时间”并不会真正允许一个可接受的更换频率。较高的空气流量可以减少空气经过风扇之前的温度，然而这将增加噪声，而性能更高的风扇将需要弥补压力下降的增加。

实际的解决方案是在机架的进气口安装风扇。空气流量仅由机架的负载决定，风扇始终面对的是65°C的最高温度。

实行一个设计在进气口安装的风扇需要动态的管理压力下降。在风的出口处，动态压力与气流速度有关。如果我们能够在高动态压力区域放置要害部件，动态压力将是十分有用的。但我们的客户的规格要求是为每个插槽产生均匀的空气流。在每一个插槽从前至后的气流也必须是均匀的。气流的均匀性简化了新的卡和将新的卡放置在机箱的设计。我们必须以尽可能小的体积管理动态压力下降，同时保持较低的压力下降，这样，高性能、高成本的风扇将是不用要的。

保持芯片冷却

65°C高温的操作环境会影响芯片的散热冷却。我们能够斟酌两种计划，以凑合这个问题：增加操作环境的空气流通和优化散热器。我们专注于散热器的压降优化，以增加通过这些装备的空气流量，不让风扇到达本人的极限，也不会产生跨卡壳的高压降。因而，我们决议保持空气的流量，其相称于上一代机架的空气流量。

组织冷却系统

冷却系统的组织，是为了使其合乎机架供给商的尺度。如图1所示，其显示了我们最终的设计草图。进气口是在前真个底部，而空气的排出口是在顶部的反面或顶部。空气流是从机架的底部流到顶部。最小空气流量为每秒0.2立方米(m3/s)或420立方英尺每分钟(cfm)。这一空气流被定义了，以便该系统将能够与现有的卡和机架向后兼容。机架的大小被固定在大概0.4 m x 0.44 m x 0.25 m (H x W x D)，这意味着系统中的空气每秒将被调换约四次。

图1：在机架和睦流方向上的不同模块的位置。

定位风扇

我们实现了一个水平风扇托盘设计，因为它答应安装足足数量的风扇，以使最小空气流量要求可以得到知足。风扇托盘安置了八个92 mm x 92 mm x 38 mm的风扇。而垂直方向后面有足够的空间，将允许风扇能够容易地管理动态压降(250 mm)，其将仅允许四个并排侧风扇放置。增加风扇的数目将需要增加底盘高度92毫米(亲近4英寸)。我们的剖析显示，管理动态压力而无需增加额定的增压室高度将是可行的。

进气口高度

因为我们不得不限度高度以尽可能的进步盘算密度，我们需要断定进气口的高度可能下降多少而不影响系统的压降。我们模拟了不同高度的空气进入量，并绘制了一幅压降曲线与高度的关联图(图2)。当该曲线的导数濒临于零时，这象征着增加高度将无奈再明显降低压降。我们抉择的高度为50毫米(2英寸)，以该选项为基准，通过增长进气口的高度，以减少相关的压力下降(如果须要的话)。

图2：压降与进气口高度曲线为0.2立方米/秒。

处置粉尘

在设计进程的开端，我们曾盼望使用过滤器作为一种工具，将其放置在风扇的排气口来管理动态的压力下降。但我们后来意识到因为动态压力的因素，粉尘会迅速阻塞风扇叶片的表面。其结果是，空气流对于设备的冷却将随时间而变化。

在进气口的垂直方向上装置过滤器也不是一个选项，因为从一个绝对较小的进气口通过或减少进气进口的横截面会造成较高的空气流通速度。通过过滤器的压力下降将请求高机能的风扇。此外，过滤器会更敏捷的梗塞，由于减少了过滤面积。在我们的模仿中，我们专一于通过过滤器实现空气的压力降低和平均散布。

我们这个项目标客户选择了Mentor Graphics公司的FloTherm三维计算流体能源学(CFD)模拟软件进行空气流动和热模拟。有多种可能性来模拟过滤器，例如使用折叠电阻。当来自风扇的过滤器的范畴是在0到25毫米的时候，靠近过滤器捕捉庞杂流动变得更加症结，所以我们采取一个厚电阻模型，我们所挑选的是0.25英寸Quadrafoam过滤器。我们还采用了过滤器供应商供给的一个先进的阻力模型。

保持过滤器与风扇的平行是一大领有其主要上风的取舍：过滤器的提取无比契合人体工程学。我们不得不增加系统高度至25毫米，同时将过滤器的尺寸被制约为系统的深度和宽度。增加表面应减少压力下降,精密空调是是工艺性空调中的一种类型，通常我们把对室内温、湿度波动和区域偏差控制要求严格的空调称之为恒温恒湿空调。恒温恒湿广泛应用于电子、光学设备、化妆品、医疗卫生、生物制药、食品制造、各类计量、检测及实验室等行业。，同时增加维修的次数。使用进气口对角线来增加表面的空气进入量。这个概念在空调系统中常常被使用。我们证明了这必定位，如图3所示，其可以说是最好的模拟。

图3：风机的挡板和托盘之间的滤尘器的位置。

我们想确保倾斜过滤器将有助于空气的流畅，使进气口空气在内部的滚动。我们还想确认所有的名义都会平均的坚持灰尘。仿真结果表明，压降很低(图4-6)。风扇的工作压力为均匀95帕(最低86帕,机房空调顾名思义其是一种专供机房使用的高精度空调，因其不但可以控制机房温度，也可以同时控制湿度，因此也叫恒温恒湿空调机房专用空调机，另因其对温度、湿度控制的精度很高，亦称机房精密空调。，最高106帕)。而假如过滤器被程度安顿在风扇前25毫米的自在空间，咱们得到了雷同的成果，但不会在体系的总高度中增添25毫米。在一个匀称的速度，倾斜的过滤器使全部过滤器的表面被平匀地应用。该过滤器的倾斜地位依然容许疾速维修。

图4：风扇进气口的静态压力(0.2破方米/秒)。

图5：静态压力，垂直切割(0.2立方米/秒)。

图6：垂直切割速度(0.2立方米/秒)。

缭绕电磁烦扰屏工作

一种蜂窝电磁干扰(EMI)是6.35毫米厚(0.25英寸)，位于卡盘前。EMI屏蔽局部直气流(图7)。可怜的是，其是由一部门封闭的细胞资料，也限制了空气气流进入。在一个关闭的容积环境中的空气流动产生压力下降(如在一个内部逝世流区)，我们观察到的旋涡和流动的干扰，难以模拟。

图7：蜂窝EMI过滤器(Parker Chomerics)。

在创建一个组件，使每个插槽的气流均匀统一之前，我们决定看看仿真模拟空气流量，而不考虑漩涡。我们视察到在阔别风扇75毫米的一定距离，速度变化仍旧异常重要(图8)。

图8：风扇后的速度分布后;顶部垂直切割，存在两条线设置50和75毫米的位置(约2和3英寸。)，底部是水平横剪为50毫米(0.2立方米/秒)。

我们创建了一个多孔板，其拥有两个重要功效：1)在不插槽的处所结束气流流动，以避免将空气吹入封锁的EMI屏蔽物;2)在我们察看到较高的气流速度的区域减少气流流动。这个多孔流体调配板(FDP)，如图9所示，必须是与该EMI屏蔽接触。其将从而在入口处封闭，由卡机架的另一侧已经关闭了蜂窝孔格关闭。因为板不需要维护，它可以衔接到EMI屏蔽取代风扇机架。风扇和该多孔板之间的距离是至关重要的。气流必须能够被通过启齿槽而不产生不可接受的压力下降。

图9：空气流量调度板。

我们从三个模拟的压降与间隔的相干数据绘制了一幅曲线图(图10)，这表明30毫米(1.2英寸)是空间相对具备良好的空气流动分布的压降的良好调和。该板未发生充足均匀的流动(图11)，而是由卡的改良产生的压降改进了气流分布。在每个卡插槽进气口的终极模拟和寰球模拟的空气流量丈量显示来自从左到右，由前向后可接收的分布。

图10：压力下降曲线与FDP的距离(0.2立方米/秒)。

图11：EMI屏蔽进气口的距离与风扇的进气气流分布：30毫米(0.2立方米/秒)。

论断

将数据中央的操作室温增加至65°C可以通过在进气安装风扇来实现。我们使用了一个在空调范畴已经家喻户晓的解决方案，以肯定灰尘过滤器的位置，通过模拟试验，我们证实了该解决方案可以减少机箱容积。我们在CFD模拟中使用了一个各向同性的进步的过滤器模型，优化了凑近风扇的过滤器的位置。该设计还安排了一个简略的板，在动态压力太高的地域把持气流流动的阻力。这些优化的结果，使我们能够创立一个机架，其所有卡插槽的空气流量是同一均匀的。进气口微风扇机架的总高度仅为120毫米。

因为所有的部件都能够很轻易从前面访问，维护操作时间减少到最低限度。将风扇和过滤器整合在一起，以进一步减少维护时间也成为可能。每个风扇保持低于20%的最大吞吐量，以防止早期风扇故障，并最大限度地提高设备的使用寿命。所有过滤器的表面区域被等同使用，避免空气流量分布随时间变更，及跟着时间的推移过滤器被拥塞。

对于作者

本文作者Guy Diemunsch是法国Institut Vendecom的热专家。当他还在筹备Univesite de Franche-Comté UFC的物理学博士学位期间，就开始对散热设计产生了兴致。在1994年，他加入惠普，开始树立一个新的事业部，专门为工作站处理器开发高端散热解决方案。在2004年，Guy加盟电力电子行业，以解决增加逆变器和转换器功率密度的相关问题。稍后，施耐德电气公司旗下的MGE UPS，雇用了Diemunsch负责开发由Aavid Thermalloy公司制作的新的气流解决方案。Guy于2013年参加电子冷却解决方案公司(Electronic Cooling Solutions)。自2015年以来，他始终在为混杂动力和电动汽车发明解决方案，其中包括如何从高功率密度电力发念头中提取热量的解决方案。