数据中心是一种专门用于存储IT设备,实现对数据信息集中处理的特殊建筑。随着IT技术的飞速发展,数据中心的规模和容量不断扩大,同时也伴随着能耗和热密度的高速增长。不断增加的散热需求,对空调系统的设计提出了更高要求。目前,我国数据中心的空调系统普遍存在能耗偏高,气流组织不佳等问题。气流组织的不合理会造成局部热点和过度冷却,前者会对IT设备的稳定运行产生威胁,而后者会造成冷量浪费,提高空调能耗。空调系统能耗约占数据中心总能耗的40%,有很大的节能潜力,为了降低空调能耗,改善机房热环境,提高IT设备的运行稳定性,本文致力于数据中心内气流组织的数值模拟与优化研究,以南京某数据中心内一典型机房为研究对象,开展的工作主要包含以下几个方面:1)机房整体气流组织研究。以CFD模拟作为研究手段,建立了南京某数据中心内一个典型机房的CFD模型,将机房运行参数作为边界条件,求解得到室内温度场、压力场与速度场。针对地板静压箱、冷通道、热通道三个区域的气流组织问题进行分析,结果显示机房内存在地板静压箱压力不均,冷通道内温度和送风量不均,热通道内排风温度不均及流场紊乱等问题。同时,对机房进行了热环境测量,验证了数值模拟的精确性和可靠性。2)机柜局部气流组织研究。以单个机柜为研究对象,对CFD模型做出了部分改进,具体分析了冷通道内气流的流动特征,结果显示机柜垂直方向存在上冷下热的现象,进而阐述了机柜垂直方向产生温度梯度的原因。针对开孔地板送风不匹配、开孔地板送风不平衡、机柜底部缝隙这三者对机柜局部气流组织的影响进行了定量模拟计算,通过温度云图、流线图及箱形图阐明了上述三种因素对机柜出口温度分布的影响规律,为实现机柜局部的送风优化以及精确送风提供了理论指导。3)数据中心气流组织优化。针对发现的各种气流组织问题,提出梯形静压箱、开孔地板变开孔率、开孔地板送风导流板三种优化方案。通过CFD模拟,指出梯形静压箱可以减小压力梯度并消除涡旋,探究了梯形静压箱几何参数对优化效果的影响。通过试错设计提出了开孔地板变开孔率优化方案,结果显示优化后送风均匀性有了较大提升。阐述了送风导流板对流场的影响,分析了不同送风角度对机柜垂直温度分布的影响规律,优选最佳送风角度为45°~60°,此时局部热点温度降低约6.5℃,且机柜出口温度分布更为均匀。4)数据中心瞬态热环境研究。建立了包含热容及对流换热系数的服务器瞬态换热模型,将模拟结果与文献中的实验数据对比,验证了模型的精确性与可靠性。利用该瞬态模型,开展了IT设备变功率瞬态及空调失效瞬态的模拟研究,得到了不同工况下热通道平均温度随时间变化规律,阐述了机柜功率密度对瞬态响应的影响规律,分析了机房各工况瞬态温度场分布,进而针对不同情况提出了应对措施。瞬态模拟为预测数据中心温度变化,实现空调系统前馈控制提供了理论参考。