Studio per la simulazione Studio per la simulazione

termofluidodinamicatermofluidodinamica

di una Sala Calcolodi una Sala Calcolo

E. Mazzoni, S. Arezzini, A. Ciampa, G. Terreni

INFN Sezione di Pisa

Prof. Giovanni Lombardi, Marco Maganzi, Giacomo RenziDipartimento di Ingegneria Aerospaziale

Università degli Studi di Pisa

Workshop CCR 2008 Enrico Mazzoni 2

Il Il problemaproblema

Da due considerazioni :

• Crescita della densità di potenza di calcolo all'interno dei rack →aumento della densità di energia da dissipare

• Regimi termici più dinamici

• forti variazioni di assorbimento elettrico al variare del caricocomputazionale.

L’idea di studiare dinamicamente la problematica (usando un vero solutore CFD):

– impostazione modellistica delle sorgenti termiche (calde e fredde)

– prima simulazione

Workshop CCR 2008 Enrico Mazzoni 3

CollaborazioneCollaborazione

� Il lavoro è stato effettuato in collaborazione con il Dipartimento

di Ingegneria Aerospaziale dell'Università di Pisa nell’ambito di una collaborazione pluriennale.

� Il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale si occupa di

simulazione in vari campi: automobilistico, aerospaziale, aeronautico e navale.

� La forma adottata per lo studio è stata quella di una tesi di

laurea specialistica.

Workshop CCR 2008 Enrico Mazzoni 4

ObiettivoObiettivo del del lavorolavoro

� Studio delle caratteristiche termiche significative della sala al fine di valutare possibili migliorie di realizzazione e per prepararsi adeguatamente a ipotetiche espansioni.

� E’ una parte molto specializzata di un lavoro più ampio dedicato alla rilevazione di parametri significativi ai fini delmonitoring dello stato della sala, alla individuazione di situazioni di allarme ed alla definizione di conseguenti azioni anche automatiche.

� Progetto S+R visionabile in poster.

Workshop CCR 2008 Enrico Mazzoni 5

Simulazione termica Sala MacchineSimulazione termica Sala Macchine

Prima fase: Riproduzione dettagliata dello stato attuale e della distribuzione delle sorgenti di calore e aria refrigerata

Workshop CCR 2008 Enrico Mazzoni 6

Dettagli piantaDettagli pianta

“Isola APC”:

�12 rack con 25 server 1U ciascuno�6 condizionatori InRow�Griglie pavimento chiuse

“Sala vecchia”:

�8 rack con 25 server 1U ciascuno�3 rack storage 12 Jbod ciascuno�3 condizionatori Hiross tipo under (U1, U2, U3)�Griglie pavimento aperte

Workshop CCR 2008 Enrico Mazzoni 7

Input: sorgenti di caloreInput: sorgenti di calore

Specifica Server 1UPortata Φ = cost = 34 CFM (flusso

in entrata distribuito uniformemente su tutto il lato

frontale, flusso in uscita distribuito uniformemente

sul 50% del lato posteriore)

Widle = 299 W => ∆Tidle = 15.6°Wmax = 381 W => ∆Tmax = 19.8°

Specifica storage Jbod 3UPortata Φ = cost = 34 CFM (flusso

in entrata distribuito uniformemente su tutto il lato

frontale, flusso in uscita distribuito uniformemente

sul 50% del lato posteriore)

Widle = 243 W => ∆Tidle = 12.7°Wmax = 304 W => ∆Tmax = 15.8°

S S S S S S

S S S S S S S S S S S

J J J E ESS S

S = rack con server(25 server 1U / rack)

J = rack storage(12 Jbod 3U / rack)

E = rack vuoti

Workshop CCR 2008 Enrico Mazzoni 8

Input: parametri refrigerazioneInput: parametri refrigerazione

S S S S S S

S S S S S S S S S S S

J J J E ESS S

U1…U3: cond. Hiross1…6: cond. APC InRow

Specifica APC InROWPortata Φ = 645 (Ta – To) l/sec, se (Ta – To) > 0, altrimenti Φ = 0Φmax = 1368 l/sec (flussi in entrata e in uscita

distribuiti uniformemente sulle superfici frontale e posteriore)

W variabile, ∆T = cost = -10.4°Ta = T sul fronte del rack adiacente

To = T obiettivo = 20°

Specifica HirossPortata Φ = cost = 1761 l/sec (flusso in entrata

distribuito uniformemente sulla superficie superiore, flusso in

uscita distribuito uniformemente tramite le griglie del

pavimento)

Wutile = cost = 23 KW => ∆T = -10.9°ON se Tingresso> Tobiettivo (=20°)

Specifica ADU (ventilatore alla base del rack che prende aria dal sottopavimento)

Portata Φ = cost = 503 CFM (flusso laminare dal basso) T = Tsottopavimento

Griglieaperte

Grigliechiuse

Workshop CCR 2008 Enrico Mazzoni 9

- Flusso non stazionario con condizioni al contorno dipendenti

dal tempo in modo discontinuo

Strategia di progetto

CATIAModellazione CAD

della geometria della

sala

GAMBITCreazione delle griglie di

calcolo (di superficie e di

volume) necessarie per il

calcolo

FLUENTRiproduzione del campo

delle grandezze fisiche

all’interno della sala

- Elevata complessitàdi implementazione

- Necessità di un modello geometrico estremamente semplificato con cui poter

sperimentare e validare le scelte di programmazione effettuate

Workshop CCR 2008 Enrico Mazzoni 10

Strategia di progettoStrategia di progetto

MODELLO DI CALCOLO da studiare e convalidare

SIMULAZIONE SULLA GEOMETRIA REALE

RISULTATI

Modello di geometria semplice (dunque computazionalmente

conveniente) con le stesse condizioni al contorno del problema reale

Workshop CCR 2008 Enrico Mazzoni 11

Similitudine geometria reale modelloSimilitudine geometria reale modello

Server 1U, storageJBOD 3U

CPU

Hiross, APC InRow

COND

CPUout

CPUin

CONDin

CONDout

Workshop CCR 2008 Enrico Mazzoni 12

Modello di calcoloModello di calcolo

CATIAModellazione CAD

della geometria

della sala

GAMBITCreazione delle griglie

di calcolo (di superficie

e di volume) necessarie

per il calcolo

FLUENTRiproduzione del campo

delle grandezze fisiche

all’interno della sala

Workshop CCR 2008 Enrico Mazzoni 13

Ulteriori informazioni e sviluppiUlteriori informazioni e sviluppi

• “Parametri termici sala calcolo”, documento interno SCeR Pisa (in corso di pubblicazione)

Roadmap:

• 06/08: validazione modello semplificato con condizioni dinamiche condizionatori

• 09/08: simulazioni su modello completo sala(studio termalizzazione)

• 12/08: studi di “what if” (ipoteticheespansioni/aumento densità in sala)

Workshop CCR 2008 Enrico Mazzoni 14

FilmatiFilmati