[{"data":1,"prerenderedAt":175},["ShallowReactive",2],{"$f1basp0ira1o9c":3},{"slug":4,"publishedAt":5,"category":6,"title":7,"summary":8,"image":9,"imageAlt":14,"readingMinutes":15,"serviceId":16,"keywords":17,"imageCaption":23,"sections":24,"sources":165},"data-center-liquid-cooling-cfd","2026-10-19","methods","CFD жидкостного охлаждения дата-центров: что должна учесть модель","Модель CFD жидкостного охлаждения дата-центра охватывает холодную пластину, контур стойки и зал. Что учесть на каждом уровне, с примером баланса и типичными ловушками.",{"src":10,"thumbnail":11,"width":12,"height":13},"\u002Fassets\u002Fcfd-cases\u002Fplate\u002Fimages\u002F05.webp","\u002Fbrand\u002Fstudies\u002Fplate.svg",1672,941,"Иллюстрация DEEB-FLOW: поле температуры в компактном пакетном теплообменнике для охладителя и масла",12,"thermal",[18,19,20,21,22],"CFD жидкостного охлаждения дата-центра","CFD холодной пластины","моделирование прямого охлаждения кристаллов","тепловое сопротивление холодной пластины","распределение расхода в стойке","Концептуальная иллюстрация из библиотеки кейсов DEEB-FLOW. Она не является результатом из этой статьи.",[25,32,46,62,68,81,93,100,106,118,124,130,137,150],{"id":26,"title":27,"paragraphs":28},"hottest-gets-least","Самый горячий сервер получает меньше всего охладителя",[29,30,31],"Вот система охлаждения, которая отдаёт больше всего охладителя серверам, которым он нужен меньше всего. Никто не проектировал её такой.","В насосном двухфазном контуре сильно нагруженная холодная пластина испаряет больше хладагента, её гидравлическое сопротивление растёт, и охладитель уходит к пластинам, которые работают меньше. В модели стойки из 34 серверных модулей, построенной Озгучем с коллегами, без ограничителей расхода худший модуль достиг расчётного паросодержания на выходе 176%, и это вежливый способ модели сообщить, что пластина осушилась.","Однофазные контуры ведут себя лучше, но не настолько, как обещают их схемы. Модель CFD жидкостного охлаждения дата-центра должна показать, насколько именно, и охватить три масштаба: течение и теплопроводность внутри одной холодной пластины, долю охладителя, которую каждая пластина получает в стойке, и воздух, который по-прежнему уносит часть тепла в зале. В статье разобран каждый масштаб с теми числами, которые отрасль действительно сравнивает (тепловое сопротивление, расход на киловатт, перепад давления), с примером теплового баланса и с упрощениями, из-за которых модель выглядит лучше оборудования.",{"id":33,"title":34,"paragraphs":35},"numbers-everyone-quotes","Какие числа приводят все?",[36,37,38,39,42,43,44,45],"До всякой сетки выясните три числа, по которым будут судить вашу модель, и как именно определено каждое. Два документа Open Compute Project служат самыми ясными открытыми источниками.","**Расход на киловатт.** Рекомендации OCP для систем ускорителей с жидкостным охлаждением советуют нагрев охладителя от 7,5 до 12 °C, что для охладителя на основе 25-процентного пропиленгликоля, известного как PG25, соответствует расходу от 1,25 до 2,0 литра в минуту на киловатт. Типичная проектная цель составляет нагрев на 10 °C, то есть 1,5 л\u002Fмин на кВт. Больший нагрев улучшает эффективность объекта и съедает запас по охлаждению; меньший действует наоборот. Те же рекомендации предполагают расход через каждую холодную пластину ускорителя от 1 до 2 л\u002Fмин.","**Тепловое сопротивление.** Спецификация испытаний холодных пластин OCP, действующая с 3 сентября 2026 года, определяет его так:",{"formula":40},[41],"R = (T_s − T_l) \u002F P","Его измеряют на холодной пластине, установленной на процессор или тепловой имитатор с рекомендованным термоинтерфейсом. T_s это температура корпуса, T_l температура жидкости на входе, P подводимая мощность. Испытательная жидкость обычно имеет температуру 45 ± 2 °C, а испытание повторяют при нескольких расходах, чтобы получить кривую.","Рекомендации для ускорителей используют ту же форму «от корпуса к входу» и приводят для одиночных холодных пластин значения от 0,014 до 0,019 °C\u002FВт при расходе от 1,5 до 3,5 л\u002Fмин на пластину. Эти значения получены в предположении равномерного распределения расхода, и в рекомендациях добавлено, что охладитель PG25 может стоить до 15% производительности по сравнению с деионизированной водой.","**Перепад давления.** Спецификация измеряет его на стендовом контуре с трубками и быстроразъёмными соединениями и вычитает тарировочный замер без пластины. Не менее шести расходов от 25 до 150% номинального, включая 100%, приводятся в виде аппроксимации с двумя коэффициентами. Отдельное испытание по расходу ведётся до скоростей чуть ниже 1,5 м\u002Fс для проверки эрозии и протечек.","Обратите внимание на детали этих определений: какая температура, где измерена, при какой температуре на входе, с какой жидкостью, в каком диапазоне расходов. Ваша CFD-модель должна выдавать ту же величину тем же способом. Иначе вы сравниваете два числа, у которых просто общий символ.",{"id":47,"title":48,"paragraphs":49},"energy-balance","Пример теплового баланса",[50,51,56,57,58,61],"**Пример расчёта.** Начнём с пары значений из самих рекомендаций: 1,5 л\u002Fмин на кВт дают нагрев на 10 K. Эта пара задаёт объёмную теплоёмкость охладителя, а вместе с ней и количество тепла, которое может унести каждый литр в минуту.",{"formula":52},[53,54,55],"V̇ = 1.5 L\u002Fmin = 2.5 × 10⁻⁵ m³\u002Fs","ρc_p = P \u002F (V̇ ΔT) = 1000 \u002F (2.5 × 10⁻⁵ × 10) = 4.0 × 10⁶ J\u002F(m³·K)","ρc_p V̇ = 100 W\u002FK","Итак, каждый литр в минуту уносит около 67 Вт на кельвин нагрева. Теперь используйте это как проверку модели. Если ваш CFD-расчёт показывает выход на 12 K выше входа при 1 кВт и 1,5 л\u002Fмин, с охлаждением всё в порядке, а тепловой баланс нарушен. Где-то тепло возникает из ничего, или расход не тот, который вы думаете. Исправьте это, прежде чем смотреть хотя бы на одну картину полей.","При температуре на входе 40 °C и сопротивлении 0,017 °C\u002FВт, лежащем в опубликованном диапазоне, температура корпуса равна:",{"formula":59},[60],"T_case = 40 + 0.017 × 1000 = 57 °C","Пользуйтесь паспортом того охладителя, который вы действительно моделируете. Концентрация гликоля и температура меняют эти числа, и всё сказанное ниже масштабируется вместе с ними.",{"id":63,"title":64,"paragraphs":65},"what-r-includes","Что тепловое сопротивление включает незаметно",[66,67],"Часть этих 0,017 °C\u002FВт принадлежит охладителю. Поскольку R отсчитывается от температуры на входе, в него входит нагрев охладителя при прохождении через пластину. В примере выше охладитель нагревается примерно на 10 K. Если горячая зона кристалла находится примерно на середине пути потока, то около 5 K из 17 K разницы между корпусом и входом дает собственный нагрев охладителя, почти треть. Это грубая оценка с простым допущением, и она объясняет то, что многих озадачивает: при меньшем расходе часть роста R объясняется просто большим нагревом охладителя, при неизменной конвекции.","Определение через среднелогарифмический температурный напор разделяет эти два эффекта. Каким бы определением вы ни предпочитали пользоваться, указывайте то, которое использует испытание.",{"id":69,"title":70,"paragraphs":71},"flow-is-laminar","Внутри одной холодной пластины: течение ламинарное",[72,73,79,80],"**Пример расчёта с условной геометрией.** Возьмём 1,5 л\u002Fмин, разделённые на 100 параллельных каналов шириной 0,3 мм и высотой 2 мм, и свойства воды при 40 °C из стандартных таблиц: около 992 кг\u002Fм³ и 0,65 мПа·с.",{"formula":74},[75,76,77,78],"A = 100 × 0.3 mm × 2 mm = 60 mm²","V = 2.5 × 10⁻⁵ \u002F (60 × 10⁻⁶) ≈ 0.42 m\u002Fs","D_h = 4A \u002F P_wet = 4 × 0.6 \u002F 4.6 ≈ 0.52 mm","Re = ρ V D_h \u002F μ = 992 × 0.42 × 0.00052 \u002F 0.00065 ≈ 330","Гликолевая смесь вязче воды, поэтому реальное число Рейнольдса ещё меньше. Несколько сотен это ламинарный режим по любым меркам, и многие конструкции с микро- и мезоканалами оказываются в том же режиме.","Поэтому отключите модель турбулентности в каналах или хотя бы знайте, что она там делает. Модель турбулентности, получившая на входе интенсивность турбулентности по умолчанию, может добавить вихревую вязкость, которой в потоке нет, а это повышает коэффициент теплоотдачи, и пластина выглядит лучше, чем есть. Проверьте отношение турбулентной вязкости в каналах. Если оно заметно отличается от нуля, ответ у вас есть.",{"id":82,"title":83,"paragraphs":84},"flow-is-developing","Внутри одной холодной пластины: течение ещё развивается",[85,86,91,92],"Длины ламинарных начальных участков составляют примерно 0,05 Re D_h для профиля скорости и 0,05 Re Pr D_h для профиля температуры. Произведение Re Pr есть число Пекле, V D_h ρc_p \u002F k, и оно не зависит от вязкости, так что для него нужны только объёмная теплоёмкость из теплового баланса и теплопроводность около 0,6 Вт\u002F(м·К).",{"formula":87},[88,89,90],"L_h ≈ 0.05 × Re × D_h ≈ 0.05 × 330 × 0.52 mm ≈ 9 mm","Pe = V D_h ρc_p \u002F k = 0.42 × 0.00052 × 4.0 × 10⁶ \u002F 0.6 ≈ 1460","L_t ≈ 0.05 × Pe × D_h ≈ 0.05 × 1460 × 0.52 mm ≈ 38 mm","Профиль скорости устанавливается в пределах сантиметра, а с более вязким гликолем ещё быстрее. Профиль температуры продолжает развиваться на длине, сравнимой со всей холодной пластиной, а гликолевая смесь, которая проводит тепло хуже воды, делает этот участок длиннее. Поэтому число Нуссельта для развитого ламинарного течения недооценивает теплоотдачу на большей части канала. Ручной расчёт и CFD-модель разойдутся, и верить стоит CFD, если сетка разрешает тепловой пограничный слой. Рекомендации OCP делают тот же практический вывод: конструкторы используют моделирование, чтобы изучить профиль температуры вдоль рёбер и не дать течению в каналах стать полностью развитым.","Стройте сетку соответственно: несколько ячеек поперёк каждого канала и каждого ребра, и исследование сеточной сходимости для двух важных величин, R и перепада давления. Метод индекса сеточной сходимости из нашей статьи о сеточной независимости работает здесь так же, как везде.",{"id":94,"title":95,"paragraphs":96},"heat-source","Источник тепла не является плоским равномерным тепловым потоком",[97,98,99],"Это упрощение я встречаю чаще всего в моделях сопряжённого теплообмена электроники, и оно каждый раз льстит холодной пластине.","Равномерный тепловой поток на основании холодной пластины даёт гладкое симметричное поле температуры и приятно низкий пик. У реального ускорителя есть горячие зоны, и тепло проходит через целый пакет слоёв, прежде чем дойти до пластины. Рекомендации OCP перечисляют элементы между кристаллом и охладителем: пакет кристаллов, первый термоинтерфейс и крышку, второй термоинтерфейс, саму холодную пластину и поперечный теплообмен между соседями. Они добавляют, что значительная часть нагрева может возникать на поверхности корпуса и внутри него и что во многих случаях предел охлаждения больше зависит от корпуса, чем от системы охлаждения.","Поэтому моделируйте весь пакет: крышку и слои термоинтерфейса как твёрдые тела или тонкие термические сопротивления со значениями из данных, карту мощности от поставщика кристалла, если её удастся получить, и геометрию теплового имитатора, если вы сравниваете с испытанием. Если межслойных или контактных сопротивлений у вас нет, укажите, что это допущения, и выполните расчёт чувствительности. Именно эти два входных параметра сильнее всего сдвигают ответ.",{"id":101,"title":102,"paragraphs":103},"across-the-rack","Через стойку: кому достаётся охладитель?",[104,105],"Параллельные холодные пластины делят расход в соответствии со своим гидравлическим сопротивлением, и у каждого коллектора, шланга и быстроразъёмного соединения есть своё мнение. Если расход распределён неравномерно, пластина с меньшим расходом нагревается сильнее, и модель одной пластины вам об этом не скажет.","Та же физика объясняет, почему теплообменники не выдают расчётную мощность, о чём мы писали в статье о неравномерном распределении потока в теплообменниках. Стойки с жидкостным охлаждением с тепловой точки зрения представляют собой маленькие теплообменники с очень дорогими трубками.",{"id":107,"title":108,"paragraphs":109},"series-or-parallel","Последовательно или параллельно?",[110,111,112,117],"Рекомендации OCP для ускорителей сравнивают две схемы для восьми холодных пластин: четыре параллельные ветви по две пластины последовательно (4 × 2) и все восемь параллельно (8 × 1). По сетевой модели, откалиброванной по данным испытаний, при 10 л\u002Fмин 25-процентного пропиленгликоля контур 4 × 2 требовал около 10 psi, а контур 8 × 1 около 7 psi. Схема 8 × 1 удерживала все кристаллы в пределах 1 °C друг от друга против 7 °C для схемы 4 × 2.","**Пример расчёта.** Почему 7 °C? В схеме 4 × 2 при 10 л\u002Fмин через каждую ветвь идёт 2,5 л\u002Fмин. Допустим, каждая пластина рассеивает 1 кВт:",{"formula":113},[114,115,116],"V̇ = 10 \u002F 4 = 2.5 L\u002Fmin = 4.17 × 10⁻⁵ m³\u002Fs","ρc_p V̇ = 4.0 × 10⁶ × 4.17 × 10⁻⁵ ≈ 167 W\u002FK","ΔT = 1000 \u002F 167 ≈ 6.0 K","Нижний по потоку кристалл получает охладитель примерно на 6 K теплее, чем верхний, ещё до всех прочих эффектов, а неравномерный расход между ветвями довершает дело. Полностью параллельная схема убирает предварительный подогрев, но требует от коллектора равномерно делить расход между восемью пластинами при меньшем расходе на каждую, и именно там холодные пластины должны по-прежнему работать хорошо.",{"id":119,"title":120,"paragraphs":121},"flow-network","Моделируйте контур как сеть",[122,123],"Исследование OCP показывает метод, который я рекомендовал бы для большинства контуров стоек. Рассчитайте в CFD одну холодную пластину во всём диапазоне расходов, чтобы получить кривые перепада давления и теплового сопротивления от расхода. Подставьте эти кривые в одномерную сетевую модель всего контура: коллекторы, шланги, разъёмы и пластины. Откалибруйте сетевую модель по испытанию контура, а затем используйте её для изучения схем и рабочих точек.","Можно построить сетку для всего контура стойки с разрешением каждого ребра. Это возможно, это впечатляет, и это почти никогда не правильный первый шаг. Сетевая модель отвечает на вопрос о распределении за секунды, а усилия CFD уходят туда, где физика сложна.",{"id":125,"title":126,"paragraphs":127},"two-phase","Двухфазная ловушка",[128,129],"Вернёмся к началу. В двухфазных контурах перепад давления на пластине зависит от её тепловой нагрузки, поэтому распределение меняется вместе с рабочей нагрузкой. Озгуч с коллегами использовали модель коллекторов с законами сохранения массы, импульса и энергии, гомогенным двухфазным допущением и кривыми перепада давления модулей, аппроксимированными по 104 экспериментальным точкам, большинство из которых предсказаны с точностью до 25%. Их решение состоит в дроссельной шайбе перед каждой холодной пластиной, подобранной так, чтобы перепад давления на ограничителе был определяющим. При правильном подборе шайбы удерживали паросодержание на выходе каждого модуля на уровне 85% или ниже. Слишком маленький перепад не устранял неравномерность; слишком большой впустую расходовал давление.","Урок для расчётчиков в том, что двухфазная стойка задолго до CFD является задачей сетевой модели с эмпирическими входными данными. Кипение в каналах холодных пластин для CFD всё ещё остаётся предметом исследований, а этот случай был решён именно сетевой моделью на измеренных данных.",{"id":131,"title":132,"paragraphs":133},"the-room","В зале: важен ли ещё воздух?",[134,135,136],"Да. Прямое жидкостное охлаждение кристаллов обычно охватывает самые горячие компоненты, а остальная часть сервера остаётся на воздухе, так что часть тепла каждой стойки по-прежнему попадает в зал. Допустим, ради примера, что на воздухе остаётся пятая часть стойки на 100 кВт. Это 20 кВт воздушной нагрузки на стойку, то есть столько, сколько раньше несла плотная стойка с воздушным охлаждением целиком.","Рекомендации OCP также отмечают, что самые высокие температуры охладителя, от 40 до 45 °C на вторичной подаче, можно обслуживать гибридным оборудованием типа «жидкость-воздух», например теплообменниками в задней двери или боковыми теплообменниками. Они намеренно возвращают тепло в воздух зала.","Значит, модель зала остаётся. Стойки становятся граничными условиями с расходом воздуха и тепловой нагрузкой, задние двери и боковые блоки становятся теплообменниками, а вопрос остаётся привычным: рециркуляция и температура на входе. Если вы уже моделировали воздушные потоки в помещениях, метод тот же, только воздушная нагрузка на стойку меньше, чем говорит паспорт, а запаса меньше, чем хотелось бы.",{"id":138,"title":139,"paragraphs":140},"common-mistakes","Типичные ошибки и как они выглядят на экране",[141],{"list":142},[143,144,145,146,147,148,149],"**Гладкая симметричная температура основания** при равномерном тепловом потоке. У реальных кристаллов есть горячие зоны; пик в модели занижен.","**Ненулевая турбулентная вязкость в ламинарных каналах.** Пластина выглядит лучше, чем есть.","**Все кристаллы с одинаковой температурой** в модели стойки. Кто-то предположил равномерный расход. Даже хорошие протоколы испытаний оговаривают это допущение, так что читайте его.","**Паспортное сопротивление при другой жидкости или другом расходе.** Деионизированная вода и PG25 в данных OCP различаются до 15%, а R зависит от расхода.","**Температура на выходе, не согласующаяся с P \u002F (ρc_p V̇).** Это проблема теплового баланса. Остановитесь и найдите её.","**Сопротивление в CFD, посчитанное по средней температуре основания,** в сравнении с испытанием, где термопара стоит в центре корпуса. Два разных числа с одним символом.","**Нет модели зала,** потому что стойка «с жидкостным охлаждением».",{"id":151,"title":152,"paragraphs":153},"what-i-would-do","Что бы сделал я",[154,155,162,163,164],"Для однофазной системы прямого жидкостного охлаждения кристаллов:",{"list":156,"ordered":161},[157,158,159,160],"**Одна холодная пластина в деталях.** Сопряжённый теплообмен, ламинарное течение в каналах, пакет корпуса и реалистичная карта мощности, расчёт при пяти-шести расходах в диапазоне испытания OCP и исследование сетки для R и перепада давления.","**Сравнение с испытанием пластины,** если оно есть, с теми же определениями, жидкостью и температурой на входе.","**Сетевая модель контура** на кривых из CFD, откалиброванная по испытанию контура, где это возможно.","**Модель зала** со стойками в виде граничных условий по теплу и расходу воздуха, включая остаточную воздушную нагрузку и задние двери, если они есть.",true,"Для двухфазных систем всё иначе: там я начал бы с сетевой модели и измеренных данных по пластинам, а CFD оставил бы для локальных вопросов. И снова иначе для иммерсионного охлаждения, где задачу определяет естественная конвекция в баке, а модель настолько отличается, что заслуживает отдельной статьи.","В любом случае начинайте с салфетки: мощность, расход, нагрев и цепочка сопротивлений. Если числа не сходятся на салфетке, никакая сетка не заставит их сойтись на экране.","Если вы проектируете или проверяете систему с жидкостным охлаждением и хотите, чтобы холодная пластина или контур были смоделированы с описанными выше проверками, на странице о CFD теплообменников описано, как мы подходим к такой работе по сопряжённому теплообмену, а в форматах работы сказано, что входит в исследование.",[166,169,172],{"href":167,"label":168},"https:\u002F\u002Fwww.opencompute.org\u002Fwp-content\u002Fuploads\u002F2026\u002F10\u002FOCP-Cold-Plate-Test-Specification-V1.0.0.pdf","Open Compute Project (2026): Single-Phase Direct-to-Chip Cold Plate Test Specification 1.0.0",{"href":170,"label":171},"https:\u002F\u002Fwww.opencompute.org\u002Fdocuments\u002Foai-system-liquid-cooling-guidelines-in-ocp-template-mar-3-2023-update-pdf","Open Compute Project (2023 update): OAI system liquid cooling guidelines",{"href":173,"label":174},"https:\u002F\u002Fwww.electronics-cooling.com\u002F2025\u002F02\u002Fmitigating-flow-maldistribution-in-data-center-two-phase-cooling-systems-with-flow-restrictors\u002F","Ozguc, Wang, Narayanan and Bonner (2025), Electronics Cooling: mitigating flow maldistribution in data center two-phase cooling systems with flow restrictors",1792438036748]