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关于海底数据中心设计的研究

发表时间：2021/8/12 来源：《科学与技术》2021年4月第10期作者：李文涛刘佳明尚振中

[导读] 求单个集装箱外壳中最多可放多少服务器。利用问题一所给数据并查

       李文涛刘佳明尚振中
       华北理工大学
       摘要：求单个集装箱外壳中最多可放多少服务器。利用问题一所给数据并查阅相关文献，考虑自然对流和强制对流两种方式，利用牛顿冷却定律进行计算以及各种对流换热过程的特征及其计算公式分析进行分析。最后将数据整理利用Mathematical算出最大值结果。
       关键词：海底数据中心对流传热牛顿冷却定律一维导热模型
一、问题的背景
电子器件散热所需消耗的能量占比极大，由此在数据中心业务上有了新的方向，就是把数据中心沉入海底，称为海底数据中心技术。该技术利用海底的低水温来为数据中心散热，通过与海水进行热交换，利用巨量流动海水对互联网设施进行散热，有效节约了能源。对于海底数据中心，如何在有限的体积内存放更多的服务器并且保证服务器工作过程中向海水中中正常快速的散热是一项非常有挑战性的问题。
二、问题重述
根据海底数据中心的优化设计，解决如下，并给大型公司的海底数据中心的外壳散热提供设计方案。
       固体在液体中的冷却的方式主要是对流传热，对流传热可分为自然对流和强制对流。假定数据中心集装箱的尺寸为直径 1m，长 12m的圆柱形，悬空放置（圆柱形轴线与海平面平行）在中国南海温度为 20 摄氏度的海域深度，其中单个 1U 服务器的产热为 500W（正常工作温度不能超过 80 摄氏度），1U 服务器机箱的高度为 44.45 毫米，宽度为 482.6 毫米，长度为 525 毫米，请评估单个集装箱外壳中最多可以放多少个服务器（仅考虑服务器的散热需求）。
三、问题分析
问题一需要求单个集装箱外壳中最多可放多少服务器。固体在液体中的冷却的方式主要是对流传热，流体与固体壁面之间的传热过程称为对流传热，对流传热可分为自然对流和强制对流，考虑自然对流和强制对流两种方式。通过查阅相关文献，利用牛顿冷却定律以及各种对流换热过程的特征及其计算公式分析海水的导热功率。利用问题一所给集装箱和服务器的尺寸及各种数据条件，利用Mathematica最后由物理公式及参数得到最大值结果。