Optimum cooling of a data center using computational luid dynamics

Φουντούλης, Γεώργιος; Fountoulis, Georgios

dc.contributor.author	Φουντούλης, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Fountoulis, Georgios	en
dc.date.accessioned	2018-07-17T11:00:17Z
dc.date.available	2018-07-17T11:00:17Z
dc.date.issued	2018-07-17
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47324
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15371
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Data center	el
dc.subject	Computational fluid dynamics- CFD	en
dc.title	Optimum cooling of a data center using computational luid dynamics	en
dc.title	Προσομοίωση διανομής κλιματιζόμενου αέρα σε μεγάλο υπολογιστικό κέντρο (Data Center) με τη χρήση μεθόδων υπολογιστικής ρευστομηχανικής	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υπολογιστική ρευστομηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-03
heal.abstract	Η εργασία αυτή μελετά την εφαρμογή μεθόδων υπολογιστικής ρευστομηχανικής έτσι ώστε να πετύχει την προσομοίωση της διανομής κλιματιζόμενου αέρα σε μεγάλο, εν λειτουργία Υπολογιστικό Κέντρο, εφεξής “Data Center”. Στην εργασία εφαρμόζεται μια συστηματική προσέγγιση προκειμένου να μοντελοποιηθεί η γεωμετρία, η ροή του αέρα κλιματισμού και οι παράμετροι θερμοδυναμικής και μεταφοράς θερμότητας. Η μέθοδος που ακολουθήθηκε ήταν η εκκίνηση από ένα απλοποιημένο μοντέλο που περιλαμβάνει μια μόνο καμπίνα φιλοξενίας ηλεκτρονικού εξοπλισμού, εφεξής “Rack”, ένα περιορισμένο αριθμό στομίων εισόδου ψυχρού αέρα και στομίων απαγωγής αέρα, ώστε τα δεδομένα αυτά να χρησιμοποιηθούν στην μοντελοποίηση της μεγαλύτερης κεντρικής περιοχής του Data Center. Η βασική αρχή για την προσέγγιση των φαινομένων ροής και μεταφοράς θερμότητας διαμέσου των Racks, είναι αυτή που μοντελοποιεί τα Racks σαν πορώδη μέσα. Ακολούθως γίνεται μοντελοποίηση της κεντρικής περιοχής του Data Center και διερευνάται η επίδραση μια σειράς βασικών παραμέτρων για τη αποτελεσματικότητα της ψύξης στο χώρο του Data Center (όπως η θερμοκρασία εισόδου του ψυχρού αέρα ψύξης, η ταχύτητα εισόδου του αέρα ψύξης, η διανομή των θερμικών φορτίων στο χώρο από τα Racks). Η επίλυση των εξισώσεων που διέπουν το μοντέλο έγινε με χρήση του κώδικα της ANSYS FLUENT. Προκειμένου να επιτευχθεί εγγύτητα με τις συνθήκες του χώρου του Data Center, αποκτήθηκαν τα δεδομένα των αρχικών συνθηκών με μετρήσεις στο χώρο για τα χαρακτηριστικά της ροής (θερμοκρασία εισόδου/εξόδου στομίων και ταχύτητα εισόδου/εξόδου στομίων). Επίσης τα στοιχεία της γεωμετρίας του χώρου έχουν εισαχθεί με την τρισδιάστατη απεικόνιση των σχεδίων του Data Center ενώ και η εισαγωγή των θερμικών φορτίων επίσης έγινε σύμφωνα με τα δεδομένα λειτουργίας από τον πίνακα της διανομής των καταναλώσεων. Η επιδίωξη αυτής της εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός μοντέλου που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί, παρέχοντας πολλαπλές οπτικές ενός Data Center, ώστε να γίνεται αρτιότερα η ρύθμιση των παραμέτρων της λειτουργίας του, μέσω της αναπαράστασης και της κατανόησης των φαινομένων της ροής του πεδίου και της μεταφοράς θερμότητας. Οι μέθοδοι υπολογιστικής ρευστομηχανικής αποτελούν ένα σύγχρονο εργαλείο για την επίτευξη τεχνικών βέλτιστης ψύξης, και βοηθούν τους μηχανικούς τόσο κατά τον σχεδιασμό ενός Data Center, όσο και κατά τη λειτουργία του. Οι μέθοδοι αυτές πλεονεκτούν έναντι της συμβατικής τεχνικής «της δοκιμής και του λάθους» που συχνά εφαρμόζουν οι μηχανικοί εξασφαλίζοντας μια ολιστική θεώρηση της ψύξης και της κατανάλωσης ισχύος των Data Centers. Ελπίζουμε με την προσπάθεια αυτή, ότι συμβάλλουμε σε μια κατεύθυνση προς ενεργειακά αποδοτικότερα Data Centers με βέλτιστη ψύξη, μικρότερο κόστος και περιβαλλοντικό αποτύπωμα, καθώς αυτά εξυπηρετούν ολοένα και πιο αυξημένες ανάγκες της κοινωνίας.	el
heal.abstract	The thesis investigates an implementation of Computational Fluid Dynamics approach in order to provide optimum cooling solutions for the IT equipment of a large operational Data Center in Greece. The work takes a systematic approach in order to model the Data Center’s geometry, airflow, thermodynamics, and heat transfer characteristics. The thesis’s method is to start a simplified model of a single Rack, with a small number of air flow tiles of cold air and one duct in order to get the data needed for the larger central area of the Data Center. The basic approach for the flow inside the rack is made through the concept that the rack is a porous media. Then the central area of the Data Center is modelled and a number of critical parameters for optimum cooling (temperature of the inlets’ cold air, velocity of the inlets’ cold air, rack’s thermal distribution) is investigated. The modelling solution was made using the ANSYS Fluent proprietary source code. Main target of the analysis is the computational model to be as close to the real conditions of the Data Center as possible, using the actual data of the geometry, power and cooling metrics and monitoring. The data of the fluid flow (velocities of inlet and outlet air and temperatures of inlet and outlet air) are collected with on-site measurements. The geometry of the model is produced making the as-build design plans 3-dimensional and the thermal loads are collected from the actual distribution electrical data. The outcome of this work is the development of a tool that could be used for providing multiple insights through configurations, giving the engineers an assessment of the fluid flow, turbulence and heat transfer phenomena. The computational methods is a modern technique for optimum cooling and analyzing the “hot spots” phenomena that is useful both for the operations and maintenance management and the design/redesign of a Data Center. This strategy compared to the usual conventional techniques of trial and error engineering shows superior performance taking into consideration a holistic approach of the power and cooling related to Data Center infrastructure. So it could be a step towards the thermally-aware, energy efficient and cooling optimized Data Center.	en
heal.advisorName	Μπούρης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Αναγνωστόπουλος, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Βουτσινάς, Σπυρίδων	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Τεχνολογικών Καινοτομιών Προστασίας Περιβάλλοντος	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	126 σ.
heal.fullTextAvailability	true