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基于能源利用评估的机房温度场重建技术研究

作　者: 孙成伟
导　师: 于洋
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 机房能源利用温度采集装置温度场可视化
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

信息时代到来推动了通信事业迅猛发展,随着网络建设速度的不断深入,机房和高密度设备也越来越多,不同功率的设备运行时产生的热损耗造成了机房内温度分布的不均匀,而传统采取的对机房均衡制冷的方法直接造成了致了低效率、高能耗的弊端,因此如何有效地解决机房热点问题实现有针对性制冷以提高制冷效率,是值得关注研究的一个重要课题。本文介绍了一种基于定点温度检测的温度场重建技术,旨在解决机房内不同点的连续温度值的获取,为消除机房热点,实现机房内温度的节能优化控制奠定基础。首先,本文对机房概况和能源消耗现状进行论述,结合国内外能源利用评估研究现状,介绍了能源利用评估与温度场重建之间的关系以及温度场重建计算的理论基础；其次,为获得机房温度场重建数据,设计一套适合机房自身特点的温度采集装置,并给出了相关模块的电路设计图,结合热球风速仪完成了对机房温度场重建数据的采集；再次,基于流体力学控制方程建立起机房温度场计算离散方程组,针对机房特定的送风方式、机柜热源配置,送/回风口气流的速度及温度数据对机房进行合理化假设,借助FLUENT软件对机房进行即定气流组织形式下的温度场仿真计算,得出机房、机柜表面、送风口、出风口等处温度场和速度场的数据分布,完成机房的温度场重建计算,经实际对比测试,重建结果精度在0.2-0.4℃；最后,根据温度场重建计算的结果,调用Direct3D图像库,在.NET框架下去设计机房温度场重建的可视化系统,对温度场重建的效果进行了直观模拟。本文设计的机房温度场重建可视化系统既直观化了三维空问离散的温度数据又形象化了运行过程中机房内温度的实时变幻,为机房有效地热管理和解决机房热点问题,提高制冷效率,从根本上获得较高的能源利用评估标准提供辅助判断依据。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-21
  1.1 论文研究背景意义  12
  1.2 机房与能源利用评估  12-18
    1.2.1 机房的环境特点及标准  12-14
    1.2.2 机房的气流组织形式  14-16
    1.2.3 机房能源利用评估  16-18
  1.3 机房能源评估研究现状  18-19
  1.4 温度场重建与能源利用评估  19
  1.5 本文主要研究内容  19-21
第2章温度场计算理论基础  21-32
  2.1 计算流体力学简介  21
  2.2 控制方程  21-23
  2.3 紊流模型  23-25
    2.3.1 零方程模型与一方程模型  23-24
    2.3.2 标准k-ε两方程模型  24-25
  2.4 模型的离散求解  25-30
    2.4.1 数值求解的方法  25-27
    2.4.2 空间离散格式  27-30
  2.5 边界条件  30
  2.6 FLUENT软件介绍  30-31
  2.7 本章小结  31-32
第3章温度采集装置设计及应用  32-44
  3.1 温度采集装置总体设计  32
  3.2 温度采集装置硬件主要电路设计  32-36
    3.2.1 CPU  32-33
    3.2.2 电源电路  33-34
    3.2.3 液晶显示电路  34
    3.2.4 通讯接口电路  34-35
    3.2.5 温度采集电路  35
    3.2.6 键盘电路  35-36
    3.2.7 存储电路  36
  3.3 温度采集装置软件设计  36-38
    3.3.1 系统初始化  37
    3.3.2 读取DS18B20温度子程序设计  37
    3.3.3 菜单程序设计  37-38
  3.4 温度采集装置的应用  38-43
    3.4.1 送风口数据采集  38-40
    3.4.2 机柜前后数据采集  40-42
    3.4.3 回风口数据采集  42-43
  3.5 本章小结  43-44
第4章机房温度场的重建  44-56
  4.1 机房的概况  44
  4.2 温度场重建计算流程  44-45
  4.3 机房模型的简化假设  45-46
  4.4 边界条件的确定  46-47
  4.5 机房网格划分与温度场离散  47-48
    4.5.1 网格的划分  47-48
    4.5.2 温度场离散  48
  4.6 控制参数的设定  48-49
  4.7 温度场重建结果分析与验证  49-53
    4.7.1 计算残差图  49-50
    4.7.2 温度场  50-52
    4.7.3 气流速度场  52-53
  4.8 重建结果与实测值的对比  53-55
  4.9 本章小结  55-56
第5章温度场重建可视化软件设计  56-76
  5.1 温度场重建可视化软件  56-58
    5.1.1 Direct 3D  56-57
    5.1.2 NET  57-58
  5.2 温度场重建可视化算法  58-60
    5.2.1 三维场景颜色映射算法  58-59
    5.2.2 温度场数据拟合算法  59-60
  5.3 机房温度场重建可视化总体设计  60-70
    5.3.1 数据采集模块设计  60
    5.3.2 数据拟合程序设计  60-61
    5.3.3 三维还原程序设计  61-70
      5.3.3.1 建模模块的总体构架设计  61-62
      5.3.3.2 三维场景图像处理设计  62-68
      5.3.3.3 温度场重建系统视场角设计  68-70
  5.4 温度场重建可视化流程图  70-71
  5.5 温度场重建显示界面  71-73
    5.5.1 系统登录界面  71-72
    5.5.2 系统主界面  72-73
  5.6 温度场重建可视化实现的通讯设计  73-75
    5.6.1 VB.NET与Dierct3D接口实现  73-74
    5.6.2 VB与SQL 2000的接口实现  74
    5.6.3 人机交互界面  74-75
  5.7 本章小结  75-76
总结与展望  76-78
参考文献  78-82
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  82-83
致谢  83

基于能源利用评估的机房温度场重建技术研究

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