Подбор вентилятора охлаждения ЦП
Подбор вентилятора для охлаждения ЦП
В примере показано, как по паспортным данным вентилятора спараметризовать модель Engee, и проверить эффективность охлаждения вентилятором процессора при моделировании его работы с учетом реального цикла тепловыделения процессора и подстройкой частот вращения вентилятора в зависимости от загрузки процессора
Общий вид модели
Зададим параметры вентилятора
Берем паспортную харакетристику и переносим данные графика зависимости объемного расхода от статического давления в виде двух векторов. Кроме того, указываем частоту вращения вентилятора, действующую при снятии этой характеристики. Размерности векторов должны совпадать.
# ==============================================================================
# ВВОД ДАННЫХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕМ (Паспортные данные для ОДНОЙ частоты)
# ==============================================================================
# Опорная частота вращения из паспорта (об/мин)
const N_ref = 2000.0
# Паспортный вектор давлений (Размерность m), Па
pressure_rise_passport = [0.0, 1.83, 3.66, 5.49, 7.32, 9.16, 10.99, 12.82, 14.65, 16.1,
16.48, 18.32, 20.15, 21.98, 23.81, 24.5, 25.64, 27.47, 29.31,
31.14, 32.97, 34.8]
# Паспортный вектор объемных расходов (Размерность m) для частоты N_ref, л/мин
volumetric_flow_passport = [29.0291, 26.8708, 22.4003, 16.0321, 11.8087, 10.7402, 10.3039,
9.2101, 5.2882, 0.001, 0.001, 0.001, 0.001, 0.001, 0.001,
0.001, 0.001, 0.001, 0.001, 0.001, 0.001, 0.001];
Назначение частот вращения
Укажем частоты вращения, при которых мы собираемся крутить вентилятор
# Вектор целевых скоростей вращения (Размерность n), об/мин
velocity_input = [2000.0, 2500.0, 3000.0]
Создадим матрицу объемных расходов для выбранных частот вращения
Пересчитаем зависимости объемного расхода от статического давления для выбранных частот согласно формулам подобия
# ==============================================================================
# ВЫЗОВ РАСЧЕТНОЙ ФУНКЦИИ И СИНХРОНИЗАЦИЯ С РАБОЧЕЙ ОБЛАСТЬЮ
# ==============================================================================
include("calc_flow.jl")
# Вызов функции из файла calc_flow.jl, расчет матрицы значений расходов
calculated_matrix = calculate_fan_matrix(pressure_rise_passport, volumetric_flow_passport, velocity_input, N_ref)
# Запись финальных результатов в глобальную рабочую область Engee для блока Fan
global pressure_rise = pressure_rise_passport
global volumetric_flow_rate = calculated_matrix
global velocity = velocity_input
global efficiency_table = ones(length(velocity_input), length(pressure_rise_passport)) .* 0.3
println("Параметризация успешно завершена! Матрица расходов сформирована.")
Отобразим графики характеристик вентилятора на выбранных частотах вращения
# ==============================================================================
# ВЫЗОВ ФУНКЦИИ ПОСТРОЕНИЯ ГРАФИКА
# ==============================================================================
include("plot_charts.jl")
# Вызов графической функции из файла plot_charts.jl
plot_fan_characteristics(pressure_rise_passport, volumetric_flow_rate, velocity_input)
Управление частотой вращения вентилятора
Частота вращения в модели регулируется в блоке управления, который принимает на свои входы температуру уставки и сигнал с датчика температуры процессора. В зависимости от разности значений этих температур происходит включение 1, 2, или 3 скорости вращения вентилятора, либо его отключение, если принудительное охлаждение больше не нужно. Соответствие реальных частот вращения уровням скорости задается пользователем.
# Параметризация контроллера (настройка соответствия уровней скорости частотам вращения)
# Создаем вектор vel_table на основании заданного пользователем вектора velocity_input
# размерностью (n + 1), начинающийся с 0
global vel_table = vcat(0.0, velocity_input)
# Создаем вектор опорных точек-перечисления (уровней частот вращения - [0, 1, 2, ...]),
# начинающийся с 0. Его размерность автоматически будет равна размерности vel_table (n + 1)
global index_table = collect(0:(length(vel_table) - 1));
Запустим модель и построим графики работы вентилятора в составе системы охлаждения процессора
# Скрипт запуска модели на расчет
include("run_model.jl")
# Запустим и выведем графики интересующей модели
run_and_plot_fan_simulation("CPU_Fan")
Заключение
Показанная в примере методика проверки достаточности характеристик вентилятора может быть использована в широком круге задач и инвариантна к физическим масштабам моделируемых процессов. Помимо охлаждения вычислительной техники, разработанная методика может быть масштабирована для решения широкого круга прикладных инженерных задач в смежных отраслях промышленности, в частности:
-
Авиационная и космическая техника: проектирование систем терморегулирования (СОТР) бортовой радиоэлектронной аппаратуры, охлаждение отсеков полезной нагрузки, а также принудительная вентиляция гермозамкнутых кабин гражданских судов и орбитальных станций.
-
Транспортное машиностроение: тепловое моделирование систем охлаждения тяговых аккумуляторных батарей (АКБ) электромобилей, силовых инверторов, моторных отсеков, а также проектирование климатических систем (HVAC) пассажирских вагонов и локомотивов.
-
Энергетика и силовая электроника: расчет и оптимизация систем принудительного охлаждения мощных силовых трансформаторов, шкафов комплектных распределительных устройств (КРУ) и частотно-регулируемых приводов.
-
Инфраструктура ИТ и ЦОД: проектирование систем прецизионного кондиционирования серверных залов, расчет воздушных балансов «горячих» и «холодных» коридоров дата-центров, а также подбор вентиляторов высокой плотности для блейд-серверов.
-
Специальное строительство и горное дело: проектирование систем принудительной вентиляции помещений и подземных сооружений, систем жизнеобеспечения кораблей, а также расчет шахтных вентиляционных установок главного проветривания.
-
Агропромышленный комплекс: моделирование микроклимата и систем вентиляции в автоматизированных тепличных комплексах, вертикальных фермах и животноводческих объектах.
Предложенная модель позволяет существенно сократить время на натурные испытания, оптимизировать энергопотребление приводных электродвигателей вентиляторов и гарантировать надежность тепловой защиты технических систем еще на этапе эскизного проектирования.