巨型计算机液冷系统的设计

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1、巨型计算机液冷系统的设计

2、第1　巨型计算机液冷系统的设计张旭（江南计算技术研究所，江苏无锡214083）摘要：通过对某巨型计算机液冷系统的设计说明，阐述了液冷系统设计的原则、方法及工程实施过程，谨此为同类型设计提供一些借鉴。关键词：液冷系统；监控；腐蚀1引言巨型计算机器件的组装密度越来越高，对组装结构和冷却设计提出了更高的要求。液冷系统就是为了解决高热流密度元器件的散热问题而产生的，其设计得可靠先进与否，直接关系到整个计算机系统的成败。根据某计算机具体的功耗及工程情况，主机采用间接液冷技术，是通过与发热元器件接触的冷板和消除两者

3、间隙的导热物质把元器件的热量传递给冷却液，经冷却系统带走。液冷系统具体是由冷却液、冷板、二次换热器及其冷却系统、管路系统及阀门、泵、膨胀和补给箱、监控和保护节点、腐蚀与防护，共七个部分组成。其系统原理框图如图1所示，其具体的系统结构图如图4所示。2冷却液2.1选择冷却液应用于电子设备的冷却液种类很多，选择冷却液时，下列因素必须加以考虑：冷却液的热传递能力；冷却液的冰点和粘度；冷却液沸点和分解温度；冷却液的绝缘性能；冷却液腐蚀性；冷却液的可燃性、毒性、费用等。目前部分常用冷却液性能见表1。衡量是否适宜用于间接液冷的冷却液有两个主要

4、因素：一是腐蚀性；二是热特性。从密度、粘度、导热系数和比热几个参数来看，水是最有效、很理想的冷却液，它具有充沛、价格低廉，比热大、比重小，不燃烧、不爆炸，无毒、化学稳定性好，对设备和管道腐蚀小等优点。所以，在水适宜的温度范围内，广泛采用水作冷却液。但水的缺点在于它的结冰温度，为了弥补这个缺陷，通常在水中加入乙二醇，使冰点降低。根据传热性能和设备对绝缘性能的要求，为了使系统长期保持正常运行，系统选用电阻率为1MΩ·cm去离子蒸馏水加铝、铜缓蚀剂及消泡剂作为冷却系统的冷却液。2.2冷却水的温度和流量在一定的耗散功率下，冷却水的流量越

5、大，对流换热系数越大，发热器件的表面温度就越低。但冷却系统的压力随流速的平方关系剧增，因此流量的上限值由冷却系统的压力所限制。冷却水流量的大小可由下列方程式来决定：式中：P为耗散功率（k3）；△T为水的温升（℃）。一般内循环水的进出口温度差△T=（5～7）℃，取△T=5.5℃，则一块冷板的水流量：Qv=860×0.8/1×1×103×5.5=0.126m3/h=35mL/s根据计算和实验，为了使芯片结温不大于75℃，本系统进水温度为15℃。3冷板冷板主要是完成主机仓运行产生的热量与冷却液的交换。为了确保电子器件的发热表面在被水

6、冷却时能把所耗散的热量尽量全部带走，必须设计冷板及其和发热表面接触的结构。冷板是由LF21防锈铝和防锈铝复合板高温钎焊而成。冷板与元器件发热表面接触的型式见图2和图3（导热滑块）。消除接触间隙的导热物质有导热脂（中石公司Jones）、导热胶（乐泰公司loctite）、导热橡皮（乔麦瑞克斯公司Chomeries）。4二次换热器及其冷却系统