Ученые ТПУ: для серверных и дата-центров только капельное охлаждение неэффективно
Физики Томского политеха совместно с российскими коллегами доказали, что системы капельного охлаждения снижают температуру поверхности интенсивно нагреваемых элементов электроники не более чем на 1-2°С. Полученные данные говорят о том, что использование одного только капельного охлаждения для серверов и дата-центров является неэффективным.
Исследование выполнено при поддержке федеральной программы Минобрнауки РФ «Приоритет-2030» федерального проекта «Молодежь и дети». Результаты работы опубликованы в журнале International Communications in Heat and Mass Transfer (Q1, IF: 6,4).
Развитие технологий в настоящее время требует использования большого количества элементов электронной и радиоэлектронной аппаратуры: серверов, дата-центров, систем машинного обучения и искусственного интеллекта и других. Это оборудование, в свою очередь, потребляет большое количество электроэнергии, что приводит к его нагреванию. Возникает потребность в поиске эффективных способов отвода тепла.
На сегодняшний день самым перспективным технологическим решением является распылительное охлаждение теплонагруженных поверхностей. Однако ученым удалось с помощью математического моделирования и физического эксперимента доказать, что применение только этой технологии является неэффективным.
«Ранее исследования эффективности технологии проводились без измерения температуры нагретого материала, непосредственно под каплей воды. Нам же удалось экспериментально определить изменение температуры в тонком слое материала, прилегающем к границе раздела «капля воды – пластина нагретого металла», в момент испарения капли. Согласно полученным данным, поверхность охлаждается в пределах всего 1-2°С», — рассказал соавтор исследования профессор Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова ТПУ Семен Сыродой.
Экспериментальная часть исследования проводилась на специально разработанном стенде. В качестве модели поверхности электронного оборудования использовали сэндвич-пластину из нержавеющей стали и меди. Температурные показатели регистрировали с помощью хромель-копелевых термопар, расположенных между металлическими слоями. Измерения проводили при нагреве образца до температур 60-100°С с последующим анализом динамики температурных изменений при контакте с каплями воды.
Также ученые разработали математическую модель, описывающую процесс испарения капель воды с нагретой поверхности.
«Полученные в ходе экспериментов результаты служат основой для важного практического применения. Воздействие отдельных капель охлаждающей жидкости на поверхности, подверженные высоким температурам, оказывает ограниченное влияние на скорость теплоотвода с этих поверхностей из-за пространственных механизмов теплопередачи, прилегающих к материалу поверхности. Следовательно, проектирование систем охлаждения компонентов высокотемпературного электронного оборудования исключительно на основе отдельных капель охлаждающей жидкости без реализации дополнительных мер по увеличению теплоотвода нецелесообразно», — отметил Семен Сыродой.
В настоящее время ученые исследуют варианты модернизации существующих установок капельного охлаждения для повышения его эффективности.
В исследовании принимали участие сотрудники Инженерной школы энергетики Томского политеха и .