一种带蓄能脉冲喷射的浸没液冷一体柜的控制方法与流程

本发明涉及数据中心高热流密度算力设备散热控制，尤其涉及一种带蓄能脉冲喷射的浸没液冷一体柜的控制方法。

背景技术：

1、随着5g通信、人工智能、量子计算业务商业化落地，边缘计算产业迎来高速发展，服务器、ai加速卡等it设备单机热流密度持续攀升，单机柜功耗不断提高，部分边缘网关芯片组热流密度可达15 w/cm2，远高于传统服务器8 w/cm2的热流水平。传统风冷散热方式的散热能力已经接近物理极限，难以满足30 kw及以上单机柜的高密度算力散热需求。在传统风冷架构的存量机房中，还普遍存在局部机柜算力突增形成局部热点的现象，为抑制热点，机房往往被迫整体下调送风温度，造成全域冷量过剩，直接推高数据中心pue，带来严重的能耗浪费。

2、当前浸没式液冷是解决高热流密度散热的主流技术路线，但传统系统级浸没液冷多采用集中式部署方案，系统需要配置cdu冷却分配单元、大量一次侧、二次侧外部管路以及室外冷却塔。整套系统设备数量多，现场需要开展管路焊接、组对、保压等大量施工作业，部署周期长，建设与运维成本居高不下。对于已经建设完成的风冷idc机房，如果升级改造为系统级浸没液冷，往往无法复用机房已有的ahu间接蒸发冷却、磁悬浮相变冷却等冷源设备，需要重新建设专门的液冷冷源系统，造成原有冷源资产闲置，改造成本高昂。

3、一体式浸没液冷一体柜将换热器、循环泵等部件集成在机柜内部，一定程度上简化了外部配套，但现有一体式机柜对应的控制策略仍然存在诸多短板。第一，现有控制大多采用全域稳态循环控制逻辑，冷却液在芯片表面容易形成稳定的层流热边界层，换热系数低。即便提高循环泵整体转速，仅能够提升机柜全域冷却液流速，不能够针对服务器下部安装空间、中部内存、上部cpu/gpu芯片等不同高度位置产生的瞬时局部热点做定点强化换热。第二，现有带扰流机构的液冷控制方案，扰流机构大多全程维持高转速持续工作，整机功耗大。当机柜内部多台服务器同时产生热点，多处扰流射流互相发生对冲抵消，在冷却液箱内部形成流场死区，部分区域散热效果反而恶化。第三，常规控制逻辑一般只监测冷却液进液口、出液口的整体温度，缺少针对服务器不同高度的分层测温识别逻辑，无法精准定位热点产生的高度位置，难以实现热点的定点响应。第四，缺少适配蓄能-瞬时脉冲喷射硬件架构的专属控制逻辑，依靠循环泵直接输出射流，射流速度受限于泵体额定工况，很难在极短时间内形成高速冲击射流来剥离芯片表面层流边界层，局部换热提升幅度有限。第五，整机温控策略相对粗糙，多为简单启停或者单一变频调节，缺少以散热器出液口温度为基准的分级联动闭环控制逻辑，容易出现冷量过剩或者冷量供给不足，机房pue指标难以控制在较低水平。

4、因此，亟须开发一套适配蓄能脉冲喷射硬件架构的浸没液冷一体柜控制方法，能够识别服务器不同高度位置的局部热点，定点完成蓄能建压、脉冲喷射强化换热，规避多服务器工况下射流对冲干扰，同时实现整机分级闭环温控，可复用机房存量冷源，兼顾散热可靠性与整机节能需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，解决现有浸没液冷控制策略仅能够实现全域稳态循环，无法识别服务器不同高度位置局部热点，缺少蓄能-脉冲喷射专属控制流程，定点强化换热能力不足，多服务器同时发热时射流互相干扰，整机温控逻辑简单，冷量匹配度差的技术问题。本发明提供一种带蓄能脉冲喷射的浸没液冷一体柜的控制方法，该方法适配脉冲动能扰流装置的浸没液冷一体柜，通过分层温度采集识别不同高度位置热点，定点执行蓄能-高压脉冲喷射，多服务器工况下采用错时序释放射流抑制流场对冲，同时配套散热器出液口分级pid闭环温控，在有效消除局部热点的同时降低整机功耗，能够直接复用机房ahu间接蒸发冷却、磁悬浮相变冷却等已有冷源，适配新建数据中心以及老旧风冷机房的算力升级改造。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种带蓄能脉冲喷射的浸没液冷一体柜的控制方法，应用于带蓄能脉冲喷射的浸没液冷一体柜，所述浸没液冷一体柜包括冷却液箱、液冷循环泵、机柜内集成式散热器、散热风机、电控装置、温度采集模块以及布置于冷却液箱底部的脉冲动能扰流装置，所述脉冲动能扰流装置包括扰流单元、导流蓄能腔以及控制阀板，所述导流蓄能腔的内壁上设置有压力传感器，所述冷却液箱内部浸没放置至少一台服务器，所述温度采集模块沿冷却液箱侧壁不同高度间隔布设，所述电控装置分别与温度采集模块、压力传感器、扰流单元、控制阀板电连接；所述控制方法包括如下步骤：

4、s0：上电完成初始化，全部扰流单元以基础低转速运行，液冷循环泵建立冷却液基础循环，散热风机启动，冷却液在闭式管路中循环，冷空气流经机柜内集成式散热器对高温冷却液进行换热；

5、s1：温度采集模块实时采集服务器下部区域、中部内存区域、顶部芯片区域的温度场数据并传输至电控装置；

6、s2：电控装置将接收的温度场数据与预设温度阈值1对比，若全部区域温度均低于预设温度阈值1，所有的扰流单元维持基础低转速运转；若存在区域温度高于或等于预设温度阈值1，则锁定该区域下方对应的脉冲动能扰流装置，控制其扰流单元满负荷运行，同步关闭对应导流蓄能腔出口的控制阀板并启动蓄能计时，当蓄能计时时长达到预设蓄能时长，或者腔内流体压力达到预设压力阈值，满足任一条件，则瞬时开启控制阀板，向服务器超温区域定向释放高压脉冲射流；

7、s3：脉冲喷射完成后，温度采集模块持续采集该区域温度场数据并回传电控装置，若该区域温度高于或等于预设温度阈值2，则重复执行s2步骤中的蓄能-脉冲喷射流程，若该区域温度低于预设温度阈值2，则将对应的扰流单元降低至基础低转速，返回s1步骤持续采集温度。

8、在一些优选实施例中，冷却液箱内部并排布置有多台服务器，每台服务器底部配置独立的脉冲动能扰流装置；当检测到多个服务器温度数据同时出现高于或等于预设阈值1，电控装置对各个脉冲动能扰流装置的脉冲喷射执行错时序控制，相邻两次脉冲释放的时间间隔不少于0.3秒。多服务器并行工作场景下，错时序控制能够错开各组高压射流的作用时刻，防止射流互相抵消形成低速死区，保障每一台服务器对应的强化散热效果。当多台服务器错序喷射时，电控装置优先对芯片区域温度最高的服务器分配优先喷射时序。预设蓄能时长、预设压力阈值存储于电控装置的存储单元内，可根据服务器负载等级进行参数修改。

9、在一些优选实施例中，还包括整机闭环温控步骤：电控装置实时获取机柜内集成式散热器的出液口温度，采用pid闭环反馈调节方式，联动对散热风机、液冷循环泵执行变频调速以及对调节阀进行开度调节。以散热器出液口冷却液温度作为调控基准，联动风机、循环泵变频以及调节阀开度调节，兼顾冷却液箱内部冷却液温度稳定性与整机节能效果。

10、在一些优选实施例中，所述闭环温控步骤包括：当散热器出液口温度低于或等于设定下限值时，优先降低散热风机频率；当散热风机频率降至频率下限，散热器出液口温度仍低于或等于设定下限值，则开大调节阀，实现流量增加，提升热源负载；如果调节阀开启至最大，散热器出液口温度仍低于或等于设定下限值，则提升液冷循环泵频率，增加换热量，从而提升出口温度。当冷却液整体温度偏低时，按照散热风机-调节阀-液冷循环泵的优先级依次调节，抑制冷量过剩，避免冷却液温度过低损伤服务器电子器件。

11、在一些优选实施例中，所述闭环温控步骤还包括：当散热器出液口温度高于或等于设定上限值时，优先降低液冷循环泵频率，减少换热量；如循环泵频率降至下限，散热器出液口温度仍高于或等于设定上限值时，则关小调节阀开度，实现截流作用；当阀门开度达到下限值时，散热器出液口温度仍高于或等于设定上限值时，再提升散热风机频率。冷却液整体温度偏高时优先降低泵频率，再关小调节阀开度，最后提升风机转速，匹配散热负荷变化，减少无效功耗。

12、在一些优选实施例中，当温度采集模块检测到超温信号时，对应扰流单元不停机，直接由基础循环的低转速状态切换至满负荷运行以执行蓄能喷射。该控制逻辑限定扰流单元由低转速运行状态直接升速至满负荷，规避停机再启动带来的响应延迟，提升热点处置响应速度。

13、在一些优选实施例中，机柜内集成式散热器的换热冷量取自机房原有冷源。一体柜将服务器产生的热量释放至机房热通道，由机房原有ahu间接蒸发冷却、磁悬浮相变冷却设备带走热量，无需为一体柜额外建设专用液冷冷源系统，充分盘活存量机房冷源资产。

14、在一些优选实施例中，压力传感器在蓄能全过程持续采集导流蓄能腔内部流体压力，并实时向电控装置回传压力数据，电控装置根据回传的压力数据动态调整预设蓄能时长的大小。蓄能过程同时监测压力变化速率，根据压力建立快慢自适应调整蓄能时长，适配负载波动、冷却液物性变化等复杂工况，提升系统鲁棒性。

15、本发明整体工作过程简要说明：设备上电完成初始化后，液冷循环泵启动，建立柜体内部冷却液基础闭式循环，散热风机启动形成负压风道，机房环境空气流经机柜内集成式散热器带走冷却液热量。温度采集模块分层持续采集服务器下部、中部内存、上部芯片区域温度场数据；当任意高度位置温度高于或等于预设温度阈值1，电控装置锁定该位置对应的脉冲动能扰流装置，扰流单元不停机，直接由基础低转速切换至满负荷运行，同时关闭导流蓄能腔出口的控制阀板，在导流蓄能腔内部蓄积流体压力并开始计时；蓄能全过程压力传感器持续采集腔内压力并实时回传，达到预设蓄能时长或者达到预设腔内压力阈值时，瞬时开启控制阀板（阀板开启时长小于0.5秒）释放高压脉冲射流，定向冲击服务器对应高度发热区域，剥离芯片表面层流热边界层，实现局部强化换热。电控装置还可以依据压力数据动态调整预设蓄能时长。喷射结束之后持续监测区域温度，如果热点没有消除，循环重复蓄能-喷射流程；多服务器同时超温，执行错时序喷射策略，规避射流对冲。常态无热点工况扰流单元维持低转速基础循环。同时整机执行散热器出液口pid分级闭环温控，联动调节散热风机、液冷循环泵以及调节阀开度，实现散热与节能的平衡。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

17、1.分层分区识别热点，定点蓄能脉冲喷射，局部换热能力大幅提升。本方法利用分层分区布置的温度采集模块识别不同区域服务器不同高度位置的局部热点，定点驱动对应位置脉冲动能扰流装置执行蓄能建压-瞬时脉冲喷射。脉冲射流可以瞬间剥离芯片表面稳定层流热边界层，形成剧烈湍流混合，能够快速消除cpu/gpu瞬时热点，适配高密度ai服务器高热流密度散热需求。

18、2.多服务器错时序喷射控制，抑制射流对冲，箱内流场稳定性高。当多台服务器同时出现局部热点，本方法执行错时序脉冲喷射，相邻两次脉冲释放的时间间隔不少于0.3秒，错开各组高压射流的作用时刻，避免多股射流互相抵消，防止箱体内部产生低速流场死区，保障多服务器并行工况下各个位置的散热效果。

19、3.蓄能时长自适应动态调整，系统工况适应性强。蓄能过程实时采集腔内流体压力，依据压力建立速率动态调整预设蓄能时长，和压力阈值共同构成双重触发条件。既可以适配固定稳态工况，也可以适配负载波动、冷却液粘度随温度改变的复杂工况，提升控制策略的环境适应能力以及系统的稳定性。

20、4.分级pid闭环温控，兼顾散热可靠性与整机节能。本方法以机柜内集成式散热器出液口温度为调控基准，采用分级优先级策略联动散热风机、液冷循环泵、调节阀完成闭环调节。整机运行功耗相比传统全时满负荷扰流控制方案显著降低，有效抑制冷量浪费。

21、5. 适配存量机房冷源资产，降低机房升级改造成本。本控制方法管控的一体柜将热量释放至机房热通道，换热冷量取自机房原有ahu间接蒸发冷却、磁悬浮相变冷却冷源，不需要额外配置液冷专用冷却系统。存量风冷机房不需要大规模管路改造即可升级高密度算力，机房送风温度可以提升，推动冷源侧全年自然冷却运行，有效控制机房pue。