随着服务器等通信设备的高度集成化,数据中心机房单位面积热负荷急剧上升,高发热密度机房的散热问题日益突出,气流组织的优化是改善数据中心热环境最核心的部分。本文以优化数据中心气流组织、降低数据中心空调能耗为目的,采用CFD数值模拟的手段,对高热流密度机房的气流组织展开一系列研究。本文选取中国电信某数据中心项目中5k W模块机房为研究对象,基于CFD数值模拟,建立列间、背板两种送风方式的机房模型,将机房运行参数作为边界条件进行求解控制,分析了两种送风方式下的温度场和速度场,结果表明在22℃的送风温度条件下,列间空调送风和背板空调送风均能满足工程案例中主机房冷通道23±1℃的热环境要求;同时通过对比温度场、速度场和机房整体热环境指标,发现背板空调送风中的气流组织分布情况要优于列间空调送风。对比研究了列间空调不同布局、冷通道是否封闭对数据中心机房热环境和气流组织的影响,并从温度场、速度场、送风均匀性、热环境评价指标四个方面进行分析,探究列间空调的两种优化方案对数据中心热环境的影响,结果表明在32℃的回风温度条件下,列间空调交错布置方式较于相对布置方式机房温度整体有所降低,局部热点有所减少但未全部消除,改变列间空调的布局会对送风的均匀性造成一定的正面影响,但影响效果有限;冷通道封闭后较于冷通道封闭前通道内温度分布更均匀并维持在21℃,机房内不存在局部热点,机房内冷热气流掺混程度更低,送风冷却效率更高;列间空调封闭冷通道技术相较于改变空调布局能够更好避免机房内冷气流短路和热气流回流现象,同时采用封闭冷通道技术能够更好地消除机房内的热点并达到整体送风均匀的效果。提出改变热管背板空调摆放方式的优化方案,探究热管背板空调正常工况和极端工况条件下机房内气流组织分布情况,结果表明,当各机柜的热管背板空调正常工作时,热管背板空调面对面摆放和顺序摆放时机房内温度场大体分布均匀,且平均温度值和热管背板空调的出风温度较为一致,同时无局部热点存在,机房各通道温度稳定在22.1～22.3℃;当任意相同位置的单台热管背板空调出现故障时,热管背板空调面对面摆放比顺序摆放对机房内机柜引起的最大温升更低,热管背板空调面对面摆放比顺序摆放抵御过热的风险能力强、可靠性高。对未备份的热管背板进行极端工况的模拟研究,通过改变未备份热管背板位置选出最优的排列方式,结果表明,在合理的减少冗余量的条件下应双列均匀间隔布置未备份热管背板,可在保证气流组织均匀性的同时也使工人布置更为方便。