测量数据中心液态乙二醇冷却系统中流体的劣化情况

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目录

• 引言
• 冷却和制冷剂系统
• 液冷
• 芯片直接液冷
• 浸没冷却
• 监测和控制
• Rheonics 传感器
• 传感器安装
• HPT-12G（仅适用于SRV）
• IFC-34N（有适用于 SRV 和 SRD 的变体）
• FET Tri-Clamp 弯头三通
• 案例

随着数据中心密度和计算需求的不断增长，传统的风冷架构越来越难以满足散热管理、能效和可靠性方面的要求。以水或水-乙二醇混合物为主要传热介质的液体循环冷却系统已成为最高效、可扩展的解决方案之一。因此，持续监测冷却性能至关重要，而实现这一目标的方法之一是评估冷却液的特性。诸如热降解、乙二醇浓度、污染、生物污垢、白利糖度、冰点等特性都可以通过直接测量来获得。 Rheonics在线密度和粘度传感器。

冷却系统的基本功能是将热量从一个地方转移到另一个地方，使原来的地方温度降低。热量自然地通过传导（固体接触）、对流（流体运动）和辐射（电磁波）从较热的区域流向较冷的区域。

• 制冷系统： 这些系统依靠制冷剂发生相变——蒸发吸收热量，冷凝散发热量——就像冷水机、空调和热泵一样。
• 显热系统： 这些系统依赖于 显热传递 使用冷却液或空气而非制冷剂。这些系统通常由两个回路组成：
• a. 利用流体从热源吸收热量的主回路。
• b. 辅助回路，用于从被加热的主流体中移除热量。辅助回路通常是制冷系统或外部散热系统，例如冷却塔或干式冷却器，它们将热量释放到环境中。

液冷的核心优势在于： 液体比空气效率高得多 就热传递而言，这使得 纯液冷 对于现代高密度数据中心，尤其是支持人工智能和高性能计算 (HPC) 的数据中心而言，至关重要。

液体循环回路（LRL）具有以下优点：

• 更高的热容量 与空气相比
• 降低泵送能量 对于相同的热传输
• 更高的热稳定性
• 兼容直接芯片冷却 (D2C) 和浸没式冷却解决方案

D2C 和浸没式冷却都是循环系统，它们利用主回路吸收热量，利用辅助回路排出热量。

D2C冷却是指将液态冷却剂直接循环流经数据中心中最热的组件，通常是CPU和GPU。 冷板 在它们上方。主回路和副回路中使用的流体是去离子纯水或其与乙二醇的混合物。

丙二醇 (PG) 是目前与水混合使用的首选冷却剂，因为它无毒、不易燃、不会导致全球变暖，并且与其他辅助冷却液相比性能更佳。PG 的导热系数低于纯水，粘度高于纯水，因此乙二醇-水混合物的热交换效率较低，需要更高的泵送能量。然而，PG 的冰点低于水，沸点高于水，因此适用于存在去离子水在管路中结冰或蒸发风险的情况。此外，PG 还能有效防止水管中细菌的滋生。

D2C 通常被选择用于集成到现有的大型数据中心（如超大规模数据中心），这些数据中心的 IT 硬件设计用于使用标准冷冻水或专用非导电液体运行，并且需要较低的供水温度以获得较高的安全裕度。

浸没式冷却技术在高密度数据中心中越来越受欢迎。它需要将数据中心或装有CPU和GPU的机架完全浸入介电液体中，例如矿物油或合成液体。热量通过传导和对流从机架传递到液体。液体的循环方式（以维持所需的冷却温度）决定了浸没式冷却的类型。

单相浸没式冷却始终使用二次回路（通常通过换热器）来保持流体处于液态，二次回路中可使用液体或空气。乙二醇-水混合物也是二次回路中常见的介质。

两相浸没式冷却系统中，冷却液通过散热作用在液态和气态之间转换。位于浸没槽顶部的冷凝器盘管捕获液态蒸汽，并通过二次回路将其温度降低，使其再次液化，从而使液体能够重新流入浸没槽。

浸没式冷却在以下工况下非常有效： 更高的冷却液入口温度 因为整个服务器都浸没在水中，从而为所有组件提供均匀冷却，消除了热点。这种较高的运行温度是其高能效的主要因素。

冷却液的控制基于冷却液分配单元 (CDU)。CDU 通过维持恒定的循环、压力和流量分配，对保持冷却效率至关重要。它们与外部控制器集成，用于管理泵速、阀门、报警和冗余逻辑。

在线传感器对于预测和健康管理 (PHM) 至关重要，它可以让操作人员直接监测冷却剂的健康状况和浓度。

LRL中监测的关键参数（尤其是 乙二醇-水循环):

• 供回水温度： 对确定热负荷和系统效率至关重要
• 流量和泵压差： 泵送能量（PUE）和潜在堵塞（结垢）的关键指标。
• 乙二醇浓度：密度和粘度传感器 可用于精确监测乙二醇的百分比。这一点至关重要，因为：
• 它验证了乙二醇浓度， 冰点 冷却液。
• 它允许计算 实际质量流量 并确保泵不会因克服过高的粘度而浪费能量。
• 电导率和水质： 测量水的纯度和腐蚀性（尤其是在去离子水回路中），因为即使是微量的污染物也会导致组件损坏。

Rheonics 在线密度和粘度传感器基于平衡扭转谐振器 (BTR) 技术，通过直接接触和评估流体对谐振器共振频率和阻尼的影响来测量流体的特性。

Rheonics 在线传感器，例如 SRV 在线粘度计和 SRD 在线密度和粘度计，适用于监测 D2C 和浸没式冷却中的传热流体，例如乙二醇水冷却剂和矿物油。

此 Rheonics 优势包括：

• 紧凑： Rheonics 传感器探头体积小巧，结构紧凑，非常适合在机架、冷却液循环管线和浸没式水箱等狭小空间内灵活安装。
• 稳健性：传感器不受流体流动、低温或多相流体的影响：脏水、腐蚀产物、生物膜、流体中分散的颗粒可能会在读数中表现为微小噪声，但传感器能够可靠地测量流体的粘度和密度。
• 无需维护：传感器使用寿命期间没有可能产生漂移的活动部件。

整合 Rheonics 将传感器探头插入聚合物管或不锈钢管中 Rheonics 在线式流量池和焊接接头或标准连接和法兰。

这种小型流通池对流体体积要求极低，进出口均采用 G1/2” 外螺纹接口。密封采用 FKM 或 FFKM（高温型）。 O-Ring. 查看产品页面.

该流通池有多种变体可供选择。 Rheonics SRV 和 SRD。它具有 3/4 英寸 NPT 内螺纹接口，是小尺寸管路的理想选择，尤其适用于 3/4 英寸或 1 英寸的管路。请参阅 IFC-34N-SRV 和 IFC-34N-SRD。

这款配件有 1.5 英寸、2 英寸和 3 英寸三种尺寸可供选择，它采用…… Tri-Clamp 入口、出口和探针端口的连接。 查看产品页面.

FTP Tee 线轴部件

该电池有 2 英寸或更大的尺寸可供选择，可将探头垂直于流体流动方向放置，同时将死区降至最低。 查看产品页面.

直接安装 Rheonics 在冷却液主管道或供液管道中安装 SRV 和 SRD 探头可以通过焊接接头实现，例如：

WOL-34NL （适用于SRV和SRD）

HAW-12G-OTK （适用于 SRV 和 SRD）采用 FKM 或 FFKM（高温型）进行连接密封。

了解液冷系统中的冷却剂分配单元 (CDU)