Ученые ТПУ: серверам и дата-центрам мало одного лишь капельного охлаждения
Исследование, доказавшее неэффективность систем капельного охлаждения по снижению температуры поверхности интенсивно нагреваемых элементов электроники, провели сотрудники Томского политехнического университета (ТПУ) и новосибирского Института теплофизики (ИТФ) им. С. С. Кутателадзе СО РАН, 27 октября сообщает пресс-служба ТПУ.
Согласно полученным сибирскими учеными данным, использование одного только распылительного охлаждения теплонагруженных поверхностей серверов и дата-центров позволяет снизить температуру на поверхности их устройств не более чем на 1–2 °С.
Результаты работы исследователи представили в статье «Температурный режим в поверхностном слое подложки в области под испаряющейся каплей жидкости» (Temperature regime in the surface layer of the substrate in the area under the evaporating liquid drop), опубликованной в журнале International Communications in Heat and Mass Transfer (Q1, IF: 6,4).
В настоящее время такие устройства электронной и радиоэлектронной аппаратуры, как серверы, дата-центры, системы машинного обучения и искусственного интеллекта, а также некоторые другие, потребляющие большое количество электроэнергии, всё более и более востребованы. В процессе своей работы это оборудование сильно нагревается, что требует применения эффективных способов отвода тепла.
Самым перспективным на текущий момент технологическим решением считается распылительное охлаждение теплонагруженных поверхностей. Однако ученые ТПУ и ИТФ СО РАН провели математическое моделирование и ряд физических экспериментов, в результате которых они доказали недостаточность применения только этой технологии для эффективного охлаждения.
Участник исследования, профессор Научно-образовательного центра И. Н. Бутакова ТПУ Семен Сыродой рассказал о полученных результатах:
«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».
Для проведения экспериментов был разработан специальный стенд. Моделью поверхности электронного оборудования была выбрана сэндвич-пластина из нержавеющей стали и меди. Температуру ее поверхности в экспериментах мерили с помощью хромель-копелевых термопар, расположенных между ее металлическими слоями. Образец нагревали до 60–100 °С и далее анализировали динамику температурных изменений при контакте с каплями воды.
Кроме того, учеными была разработана математическая модель процесса испарения капель воды с нагретой поверхности.
Как отметил Семен Сыродой, «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».
Поэтому, указывают исследователи, проектируя системы охлаждения компонентов высокотемпературного электронного оборудования, нельзя использовать только устройства распылительного охлаждения. Следует обязательно принимать дополнительные меры для увеличения теплоотвода.
Ученые Инженерной школы энергетики ТПУ и ИТФ СО РАН в настоящее время приступили к исследованию возможных вариантов модернизации существующих установок капельного охлаждения, которые позволят повысить их эффективность.
