本发明涉及数据中心散热设计技术领域，具体涉及一种面向风冷数据中心的热流模拟优化方法、数据中心。
背景技术：
近年来，数字信息一直在爆炸性增长，并且信息范围也在极大地扩展。数据中心是支持这种趋势的核心基础架构。随着云计算的发展和绿色计算的提议，数据中心技术已经成为云计算领域信息竞赛的战场。高性能并不是数据中心部署的唯一要求。人们开始更加关注数据中心的能耗。随着大数据，云计算产业的蓬勃发展，全球对数据中心的需求正在增加。截止2013年，能源统计行业数据表明，数据中心占全球电力消耗的比例已经达到了1.3％。随着芯片技术的进步，单位密度的机架消耗的电能越来越高，高功率机架布置正成为数据中心行业的大趋势。
减少数据中心能耗的主要挑战之一是提高空调装置的效率。当送风温度升高时，效率提高；但是，热空气再循环和热点可能会限制送风温度的升高，以确保服务器正常运行。为了解决在数据中心中冷热空气混合与旁路空气混合这两大问题，我们发现，数据中心并不是总体冷空气供应不足，相反，为了消除“局部热点”问题，冷空气往往是过量供应。
技术实现要素：
针对数据中心并不是总体冷空气供应不足，相反，为了消除“局部热点”问题，冷空气往往是过量供应的问题，本发明提供一种面向风冷数据中心的热流模拟优化方法、数据中心。
本发明的技术方案是：
一方面，本发明技术方案提供一种面向风冷数据中心的热流模拟优化方法，包括如下步骤：
在冷通道地面铺设的固有的穿孔瓷砖靠近空调机组出风口的一端新增一组辅助的穿孔瓷砖；
在靠近空调机组出风口的一组固有的穿孔瓷砖上设置有辅助风扇单元；其中，设置辅助风扇单元的固有的穿孔瓷砖与辅助的穿孔瓷砖相邻；
建立数学模型对穿孔瓷砖的开孔率和辅助风扇单元的出风流量进行热流模拟优化调节与配置，输出最优值；
根据优化的最优值进行穿孔瓷砖的开孔率和辅助风扇单元的出风流量的设置实现合理分布的冷气进入数据中心的机柜。
在传统风冷数据中心的典型架构下，引入一种新的架构，这种架构以穿孔瓷砖和辅助风扇单元为附加单元，通过优化参数的设置，在数据中心冷通道实现冷气的合理分配与精细控制；然后，这些被精细控制的冷空气在热流与压力的双重作用下，沿着冷通道向上运动，在服务器内部风扇的作用下，产生一个叠加速度，不断地进入服务器内部冷却相关元器件；随着参数开孔率和出风流量的相互作用，在冷通道气流总量保持不变的情况下，随着服务器功率的变化，可以实现冷空气的动态分配，彻底解决之前无法即时进行冷气分配的问题，为数据中心能源效率提升与安全性双重参考提供方法。
进一步的，在靠近空调机组出风口的一组固有的穿孔瓷砖上设置有辅助风扇单元的步骤中，每组穿孔瓷砖设置四组辅助风扇单元；辅助风扇单元固定在穿孔瓷砖上。辅助风扇单元的只要作用是对冷风气流起到校直的作用。
进一步的，建立数学模型对穿孔瓷砖的参数开孔率和辅助风扇单元的参数出风流量进行热流模拟优化调节与配置，输出最优参数值的步骤包括：
建立模拟退火算法的数学模型并设置模拟退火算法的初始温度、控制参数t的衰减函数的取值、退火间隔取值以及最大迭代次数；
对建立的数学模型进行求解运算，输出最优值。出风流量的改变将定量的调节进入冷通道的冷气流量，穿孔瓷砖在冷通道的合理布置将改变冷气进入机柜的流量分布，由于辅助风扇单元的作用改变原有冷通道的风速，风速的改变将使得冷通道压强变化，改变气流速度与方向，使气流向上流动。通过检录数学模型进行参数的合理设置将改变气流流量与冷通道压强，进而影响服务器散热。
另一方面，本发明技术方案提供一种风冷数据中心，包括箱体，箱体内设置至少一组机柜，一组机柜包括两排机柜；相邻的两排机柜之间设置有冷通道，机柜与箱体之间设置有热通道，冷通道与热通道平行设置；
冷通道底部设置有架空地板，所述的架空地板上设置有穿孔，用于使冷气通过架空地板的穿孔从下往上送风；
箱体的一侧设置有空调机组，所述的空调机组的出风吹向冷通道；
机柜靠近空调机组的一端为机柜的右端，相应的另一端为机柜的左端；
架空地板包括固有架空地板和辅助架空地板；
固有架空地板的设置长度与一排机柜的长度相同，与机柜最右端对应的固有架空地板上设置有辅助风扇单元；
辅助架空地板与机柜最右端对应的固有架空地板相邻；
架空地板上的穿孔率和辅助风扇单元的出风流量通过设置的数据模型进行计算输出设置。
进一步的，设置有穿孔的架空地板为穿孔瓷砖；对应的穿孔瓷砖包括固有穿孔瓷砖和辅助穿孔瓷砖；
固有穿孔瓷砖的设置长度与一排机柜的长度相同，与机柜最右端对应的固有穿孔瓷砖上设置有辅助风扇单元；
辅助穿孔瓷砖与机柜最右端对应的固有穿孔瓷砖相邻。
进一步的，冷通道中的穿孔瓷砖设置两排；
与最右端机柜对齐的穿孔瓷砖上设置有辅助风扇单元，每个穿孔瓷砖上设置有两组辅助风扇单元。穿孔瓷砖在冷通道的合理布置将改变冷气进入机柜的流量分布，由于辅助风扇单元的作用改变原有冷通道的风速，风速的改变将使得冷通道压强变化，改变气流速度与方向，使气流向上流动。通过检录数学模型进行参数的合理设置将改变气流流量与冷通道压强，进而影响服务器散热。
进一步的，机柜上设有与其内部相连通的出风面和进风面，出风面与进风面分别设置于机柜相对的两侧；机柜组的进风面与冷通道连通，机柜组的出风面与热通道连通。合理分布的冷气进入机柜的服务器后，在大循环下流回空调机组，实现气流的合理分配与能耗利用效率。
进一步的，该风冷数据中心还包括第一温度传感器和第二温度传感器；
第一温度传感器设置在机柜组的出风面位置，第二温度传感器设置在机柜组的进风面位置。
进一步的，该风冷数据中心还包括控制装置、风扇驱动装置和空调驱动装置；
风扇驱动装置与辅助风扇单元连接；空调驱动装置与空调机组连接；
第一温度传感器和第二温度传感器分别与控制装置连接；
风扇驱动装置和空调驱动装置分别与驱动装置连接，用于根据第一温度传感器和第二温度传感器采集的温度信息分别调节风扇驱动装置和空调驱动装置的功率。通过设置温度传感器对环境的温度进行检测，根据温度的变化实现能耗的调节。
进一步的，穿孔瓷砖，架空设置于基底之上，和所述基底之间形成架空空间；
架空空间通过穿孔瓷砖的穿孔与穿孔瓷砖上部的冷通道相连通。
风冷数据中心的能耗利用与数据中心应对高功率提供了一种新的策略。应用这种策略，我们将在不更改服务器功率的前提下，提高我们的能源利用效率，大大减少我们的制冷费用；可以较为安全经济的实现经济效益与安全策略的双重效果。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：通过采用辅助瓷砖穿孔的建模策略，然后通过风扇辅助出风结合瓷砖穿孔建模策略，达到气流精细控制与动态分配的目的。在提高数据中心能源利用率的同时，提高海量数据调度下数据中心的安全性。
采用热流模拟优化方法，为风冷数据中心的能耗利用与数据中心应对高功率提供了一种新的策略。应用这种策略，我们将在不更改服务器功率的前提下，提高我们的能源利用效率，大大减少我们的制冷费用；这其中最主要的意义在于为服务器负载均衡的实现提供了新的思路与方法，能够使得我们在灵活布置服务器时，可以较为安全经济的实现经济效益与安全策略的双重效果。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的方法的示意性流程图。
图2是本发明一个实施例的数据中心的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种面向风冷数据中心的热流模拟优化方法，包括如下步骤：
s1：在冷通道地面铺设的固有的穿孔瓷砖靠近空调机组出风口的一端新增一组辅助的穿孔瓷砖；
s2：在靠近空调机组出风口的一组固有的穿孔瓷砖上设置有辅助风扇单元；其中，设置辅助风扇单元的固有的穿孔瓷砖与辅助的穿孔瓷砖相邻；
s3：建立数学模型对穿孔瓷砖的开孔率和辅助风扇单元的出风流量进行热流模拟优化调节与配置，输出最优值；
s4：根据优化的最优值进行穿孔瓷砖的开孔率和辅助风扇单元的出风流量的设置实现合理分布的冷气进入数据中心的机柜。
在传统风冷数据中心的典型架构下，引入一种新的架构，这种架构以穿孔瓷砖和辅助风扇单元为附加单元，通过优化参数的设置，在数据中心冷通道实现冷气的合理分配与精细控制；然后，这些被精细控制的冷空气在热流与压力的双重作用下，沿着冷通道向上运动，在服务器内部风扇的作用下，产生一个叠加速度，不断地进入服务器内部冷却相关元器件；随着参数开孔率和出风流量的相互作用，在冷通道气流总量保持不变的情况下，随着服务器功率的变化，可以实现冷空气的动态分配，彻底解决之前无法即时进行冷气分配的问题，为数据中心能源效率提升与安全性双重参考提供方法。
需要说明的是，在靠近空调机组出风口的一组固有的穿孔瓷砖上设置有辅助风扇单元的步骤中，每组穿孔瓷砖设置四组辅助风扇单元；辅助风扇单元固定在穿孔瓷砖上。辅助风扇单元的只要作用是对冷风气流起到校直的作用。
如图2所示，图2中显示了以穿孔瓷砖和辅助风扇单元为基本组成的热流模拟优化方法模型框图。在传统数据中心a1-a9，b1-b9共18块穿孔瓷砖基础上，加入a0和b0穿孔瓷砖，在靠近空调机组的原有的穿孔瓷砖a1和b1上布置两组辅助风扇单元。
在有些实施例中，针对穿孔瓷砖的穿孔率与压降和穿孔流量之间的相互影响将在地板下气流湍流作用下变得复杂的问题。本发明中，建立数学模型对穿孔瓷砖的参数开孔率和辅助风扇单元的参数出风流量进行热流模拟优化调节与配置，输出最优参数值的步骤包括：
建立模拟退火算法的数学模型并设置模拟退火算法的初始温度、控制参数t的衰减函数的取值、退火间隔取值以及最大迭代次数；
对建立的数学模型进行求解运算，输出最优值。
辅助风扇单元出风流量s依次设置0m3/s,0.5m3/s,1m3/s,1.5m3/s和2m3/s五种实验方案，而穿孔瓷砖的穿孔率ζ依次设置0％，25％，50％，75％和100％五种实验方案，建立相应的数学模型，对数据进行迭代寻优，并拟合最小值。数学模型具体求解步骤如下：
1.令t＝t0，随机生成一个初始解x0，并计算相应的目标函数值e(x0)；
2.令t等于冷却进度表中的下一个值ti；
3.根据当前解xi进行扰动，产生一个新解xj，即相应的目标函数值e(xi)，得到δe＝e(xj)-e(xi)；
4.δe<0，则新解xj被接受，作为新的当前解；
δe>0，则新解xj按概率
5.在温度ti下，重复lk次的扰动和接受过程，即执行步骤3、4；
6.判断t是否已达到tf，是则终止算法；否则转到2继续执行。
求解基于模拟退火算法的数学模型，根据变量的情况与所求问题的性质，我们设定：模拟退火算法的初始温度x0为200℃，控制参数t的衰减函数α取值为0.6，再退火间隔取值200，最大迭代次数选择5000，温度更新采用指数温度更新，退火方法采用智能退火。对数学模型进行求解运算。经过1915次迭代，输出结果为当ζ＝0.857，s＝1.459时，拟合函数取得最小值。这一结果与传统数据中心配置相比，能源消耗降低4.3％，由于数据中心需要全年不间断运行，计算机房空调(crac)制冷能耗的任一微小下降都将带来非常大的节能效果。
出风流量的改变将定量的调节进入冷通道的冷气流量，穿孔瓷砖在冷通道的合理布置将改变冷气进入机柜的流量分布，由于辅助风扇单元的作用改变原有冷通道的风速，风速的改变将使得冷通道压强变化，改变气流速度与方向，使气流向上流动。通过检录数学模型进行参数的合理设置将改变气流流量与冷通道压强，进而影响服务器散热。
如图2所示，本发明实施例提供一种风冷数据中心，包括箱体1，箱体1内设置至少一组机柜，一组机柜包括两排机柜a1-a9、b1-b9；相邻的两排机柜之间设置有冷通道101，机柜与箱体1之间设置有热通道，冷通道与热通道平行设置；
冷通道底部设置有架空地板，所述的架空地板上设置有穿孔，用于使冷气通过架空地板的穿孔从下往上送风；
箱体1的一侧设置有空调机组，所述的空调机组的出风吹向冷通道；
机柜靠近空调机组的一端为机柜的右端，相应的另一端为机柜的左端；
架空地板包括固有架空地板a1-a9、b1-b9和辅助架空地板a0、b0；
固有架空地板a1-a9的设置长度与一排机柜a1-a9的长度相同，与机柜最右端对应的固有架空地板a1、b1上设置有辅助风扇单元103；
辅助架空地板与机柜最右端对应的固有架空地板相邻；
架空地板上的穿孔率和辅助风扇单元的出风流量通过设置的数据模型进行计算输出设置。
在有些实施例中，设置有穿孔的架空地板为穿孔瓷砖；对应的穿孔瓷砖包括固有穿孔瓷砖和辅助穿孔瓷砖；
固有穿孔瓷砖的设置长度与一排机柜的长度相同，与机柜最右端对应的固有穿孔瓷砖上设置有辅助风扇单元；
辅助穿孔瓷砖与机柜最右端对应的固有穿孔瓷砖相邻。
在有些实施例中，冷通道中的穿孔瓷砖设置两排；
与最右端机柜对齐的穿孔瓷砖上设置有辅助风扇单元，每个穿孔瓷砖上设置有两组辅助风扇单元。穿孔瓷砖在冷通道的合理布置将改变冷气进入机柜的流量分布，由于辅助风扇单元的作用改变原有冷通道的风速，风速的改变将使得冷通道压强变化，改变气流速度与方向，使气流向上流动。通过检录数学模型进行参数的合理设置将改变气流流量与冷通道压强，进而影响服务器散热。
从空调机组出来的冷空气进入通风系统中；风扇流量的改变将定量的调节进入冷通道的冷气流量；在这里通风系统包括穿孔瓷砖下部的架空空间和与之连通的穿孔瓷砖上部的冷通道。
穿孔瓷砖在冷通道的合理布置将改变冷气进入机柜的流量分布；通过设置的辅助风扇单元使风速改变，风速的改变将使得冷通道压强变化，改变气流速度与方向；通过建立数学模型进行参数的优化设置，参数的合理设置将改变气流流量与冷通道压强，进而影响服务器散热；合理分布的冷气进入服务器后，在大循环下流回计算机房空调，实现气流的合理分配与能耗利用效率。
在有些实施例中，机柜上设有与其内部相连通的出风面和进风面，出风面与进风面分别设置于机柜相对的两侧；机柜组的进风面与冷通道连通，机柜组的出风面与热通道连通。合理分布的冷气进入机柜的服务器后，在大循环下流回空调机组，实现气流的合理分配与能耗利用效率。
在有些实施例中，该风冷数据中心还包括第一温度传感器和第二温度传感器；
第一温度传感器设置在机柜组的出风面位置，第二温度传感器设置在机柜组的进风面位置。
在有些实施例中，该风冷数据中心还包括控制装置、风扇驱动装置和空调驱动装置；
风扇驱动装置与辅助风扇单元连接；空调驱动装置与空调机组连接；
第一温度传感器和第二温度传感器分别与控制装置连接；
风扇驱动装置和空调驱动装置分别与驱动装置连接，用于根据第一温度传感器和第二温度传感器采集的温度信息分别调节风扇驱动装置和空调驱动装置的功率。通过设置温度传感器对环境的温度进行检测，根据温度的变化实现能耗的调节。
在有些实施例中，穿孔瓷砖，架空设置于基底之上，和所述基底之间形成架空空间；
架空空间通过穿孔瓷砖的穿孔与穿孔瓷砖上部的冷通道相连通。
风冷数据中心的能耗利用与数据中心应对高功率提供了一种新的策略。应用这种策略，我们将在不更改服务器功率的前提下，提高我们的能源利用效率，大大减少我们的制冷费用；可以较为安全经济的实现经济效益与安全策略的双重效果。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
1.一种面向风冷数据中心的热流模拟优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
在冷通道地面铺设的固有的穿孔瓷砖靠近空调机组出风口的一端新增一组辅助的穿孔瓷砖；
在靠近空调机组出风口的一组固有的穿孔瓷砖上设置有辅助风扇单元；其中，设置辅助风扇单元的固有的穿孔瓷砖与辅助的穿孔瓷砖相邻；
建立数学模型对穿孔瓷砖的开孔率和辅助风扇单元的出风流量进行热流模拟优化调节与配置，输出最优值；
根据优化的最优值进行穿孔瓷砖的开孔率和辅助风扇单元的出风流量的设置实现合理分布的冷气进入数据中心的机柜。
2.根据权利要求1所述的面向风冷数据中心的热流模拟优化方法，其特征在于，在靠近空调机组出风口的一组固有的穿孔瓷砖上设置有辅助风扇单元的步骤中，每组穿孔瓷砖设置四组辅助风扇单元；辅助风扇单元固定在穿孔瓷砖上。
3.根据权利要求1所述的面向风冷数据中心的热流模拟优化方法，其特征在于，建立数学模型对穿孔瓷砖的参数开孔率和辅助风扇单元的参数出风流量进行热流模拟优化调节与配置，输出最优参数值的步骤包括：
建立模拟退火算法的数学模型并设置模拟退火算法的初始温度、控制参数t的衰减函数的取值、退火间隔取值以及最大迭代次数；
对建立的数学模型进行求解运算，输出最优值。
4.一种风冷数据中心，其特征在于，包括箱体，箱体内设置至少一组机柜，一组机柜包括两排机柜；相邻的两排机柜之间设置有冷通道，机柜与箱体之间设置有热通道，冷通道与热通道平行设置；
冷通道底部设置有架空地板，所述的架空地板上设置有穿孔，用于使冷气通过架空地板的穿孔从下往上送风；
箱体的一侧设置有空调机组，所述的空调机组的出风吹向冷通道；
机柜靠近空调机组的一端为机柜的右端，相应的另一端为机柜的左端；
架空地板包括固有架空地板和辅助架空地板；
固有架空地板的设置长度与一排机柜的长度相同，与机柜最右端对应的固有架空地板上设置有辅助风扇单元；
辅助架空地板与机柜最右端对应的固有架空地板相邻；
架空地板上的穿孔率和辅助风扇单元的出风流量通过设置的数据模型进行计算输出设置。
5.根据权利要求4所述的风冷数据中心，其特征在于，设置有穿孔的架空地板为穿孔瓷砖；对应的穿孔瓷砖包括固有穿孔瓷砖和辅助穿孔瓷砖；
固有穿孔瓷砖的设置长度与一排机柜的长度相同，与机柜最右端对应的固有穿孔瓷砖上设置有辅助风扇单元；
辅助穿孔瓷砖与机柜最右端对应的固有穿孔瓷砖相邻。
6.根据权利要求4所述的风冷数据中心，其特征在于，冷通道中的穿孔瓷砖设置两排；
与最右端机柜对齐的穿孔瓷砖上设置有辅助风扇单元，每个穿孔瓷砖上设置有两组辅助风扇单元。
7.根据权利要求4所述的风冷数据中心，其特征在于，机柜上设有与其内部相连通的出风面和进风面，出风面与进风面分别设置于机柜相对的两侧；机柜组的进风面与冷通道连通，机柜组的出风面与热通道连通。
8.根据权利要求4所述的风冷数据中心，其特征在于，该风冷数据中心还包括第一温度传感器和第二温度传感器；
第一温度传感器设置在机柜组的出风面位置，第二温度传感器设置在机柜组的进风面位置。
9.根据权利要求4所述的风冷数据中心，其特征在于，该风冷数据中心还包括控制装置、风扇驱动装置和空调驱动装置；
风扇驱动装置与辅助风扇单元连接；空调驱动装置与空调机组连接；
第一温度传感器和第二温度传感器分别与控制装置连接；
风扇驱动装置和空调驱动装置分别与驱动装置连接，用于根据第一温度传感器和第二温度传感器采集的温度信息分别调节风扇驱动装置和空调驱动装置的功率。
10.根据权利要求4所述的风冷数据中心，其特征在于，穿孔瓷砖，架空设置于基底之上，和所述基底之间形成架空空间；
架空空间通过穿孔瓷砖的穿孔与穿孔瓷砖上部的冷通道相连通。
技术总结