GLOBALGota de pressão da mangueira de refrigeração líquida: Como calcular e controlar em data centers de IA
Em um sistema de refrigeração de data center de IA, a mangueira pode parecer um componente relativamente simples. De uma perspectiva hidráulica, no entanto, cada mangueira adiciona resistência ao fluxo de refrigerante.
Essa resistência torna-se importante quando várias mangueiras, conexões, UQDs, coletores e placas frias são conectadas no mesmo circuito de resfriamento.
Se a queda de pressão for maior do que o esperado, a bomba pode precisar operar a uma pressão mais alta para manter o fluxo necessário. Em um rack de IA densamente povoado, mesmo perdas de pressão relativamente pequenas em componentes individuais podem se tornar significativas quando são repetidas em todo o sistema.
Este artigo explica os principais fatores que afetam a queda de pressão da mangueira e como os engenheiros podem avaliá-los durante o projeto do sistema de resfriamento líquido do servidor de IA.
Para o princípio de funcionamento básico do arrefecimento líquido do data center de IA, ver Como funciona o resfriamento líquido em data centers de IA?.
1. O que é a queda de pressão em uma mangueira de resfriamento líquido?
A queda de pressão é a redução da pressão do fluido à medida que o refrigerante se move através de um fluxo.
Em uma mangueira de refrigeração líquida, a pressão é perdida porque o refrigerante em movimento experimenta resistência da parede da mangueira e de mudanças no trajeto de fluxo.
Para um ciclo de resfriamento simplificado, o caminho hidráulico pode ser assim:
Cada componente deste caminho pode contribuir para a perda total de pressão.
Portanto, a queda de pressão da mangueira deve ser avaliada como parte do sistema hidráulico completo e não como uma especificação isolada.
2. Por que a queda de pressão importa na refrigeração do centro de dados de IA
Servidores de IA podem exigir fluxo de refrigerante substancial devido à carga térmica gerada por processadores e aceleradores de alto desempenho.
À medida que o fluxo de refrigerante aumenta, a resistência hidráulica geralmente se torna mais importante.
O sistema de arrefecimento deve proporcionar um caudal suficiente para transportar a quantidade de calor necessária para longe dos componentes electrónicos.
Se houver perda excessiva de pressão no circuito, a bomba deve fornecer pressão adicional para manter esse fluxo.
Isto não significa que a mangueira com o maior diâmetro interno seja sempre a melhor escolha. O diâmetro da mangueira, o fluxo do sistema, o espaço disponível, o tamanho da ligação e os requisitos de pressão-queda devem ser considerados em conjunto.
3. O que determina a queda de pressão da mangueira de resfriamento líquido?
Várias variáveis influenciam a perda de pressão de uma mangueira.
- Fluxo de arrefecimento
- Diâmetro interno da mangueira
- Comprimento da mangueira
- Viscosidade do refrigerante
- Densidade do líquido de arrefecimento
- Características da superfície interna
- Geometria da trajetória do fluxo
- Dobragem e encaminhamento
- Desenho da ligação
Dentre esses fatores, a vazão, o diâmetro interno e o comprimento da mangueira são frequentemente particularmente importantes na comparação das configurações das mangueiras.
4. Taxa de fluxo tem um impacto direto
Quando mais refrigerante precisa passar pela mesma mangueira, a velocidade do fluido aumenta.
A velocidade mais alta geralmente aumenta a resistência hidráulica.
É por isso que uma mangueira que funcione adequadamente a um fluxo relativamente baixo pode criar uma queda de pressão substancialmente maior quando o sistema de resfriamento opera a um fluxo mais elevado.
| Condição de Fluxo | Efeito hidráulico típico |
|---|---|
| Fluxo mais baixo | Baixa velocidade do refrigerante e geralmente menor perda de pressão |
| Fluxo de projecto | A queda de pressão deve ser verificada de acordo com os requisitos do sistema |
| Fluxo mais alto | Maior velocidade de resfriamento e geralmente maior perda de pressão |
Por esta razão, os fabricantes devem, idealmente, fornecer informações sobre gotas de pressão em condições de escoamento definidas, em vez de fornecer apenas uma única classificação nominal da mangueira.
5. Por que o diâmetro interno da mangueira importa
O diâmetro interno é uma das dimensões mais importantes da mangueira para o desempenho hidráulico.
Para o mesmo fluxo de refrigerante, uma passagem interna menor resulta em maior velocidade de fluido.
Uma passagem interna maior pode reduzir a velocidade e a resistência hidráulica, embora possa aumentar o tamanho físico do conjunto.
Isto é especialmente importante quando o laço de resfriamento usa taxas de fluxo relativamente elevadas.
6. Comprimento da mangueira também contribui para perda de pressão
Mangueiras mais longas geralmente criam mais resistência ao atrito do que correntes mais curtas da mesma construção da mangueira e diâmetro interno.
Em um rack de IA, a diferença pode parecer pequena para uma mangueira. No entanto, um sistema pode conter múltiplas mangueiras de alimentação e retorno.
O efeito hidráulico total, portanto, precisa ser considerado em todo o circuito completo.
O comprimento da mangueira deve ser mantido o tempo suficiente para o correto roteamento e o acesso de manutenção, mas o excesso de comprimento desnecessário deve ser evitado.
7. Propriedades do refrigerante afetam a queda de pressão
A queda de pressão não pode ser avaliada com precisão sem conhecer o refrigerante.
Diferentes refrigerantes podem ter diferentes características de viscosidade e densidade.
Essas propriedades influenciam o comportamento hidráulico dentro da mangueira.
Por exemplo, um refrigerante à base de água e um refrigerante contendo uma maior concentração de glicol podem se comportar de forma diferente, mesmo quando estão fluindo através da mesma mangueira com o mesmo caudal nominal.
8. A temperatura pode mudar as condições hidráulicas
As propriedades do refrigerante podem mudar com a temperatura.
Como a viscosidade pode variar com a temperatura, o comportamento pressão-queda de um laço de resfriamento também pode mudar entre as condições operacionais.
Esta é uma das razões pelas quais os dados de gota de pressão devem ser interpretados juntamente com o intervalo de temperatura real da aplicação.
9. As dobras aumentam a queda da pressão?
Sim. Mudanças na direção do fluxo podem contribuir com resistência hidráulica adicional.
Uma mangueira roteada com múltiplas curvas pode, portanto, ter um comportamento diferente pressão-queda de uma mangueira reta do mesmo comprimento nominal.
Na prática, os engenheiros devem distinguir entre:
- Perda de fricção ao longo do comprimento da mangueira
- Resistência adicional causada por curvas
- Restrição causada por acessórios
- Restrição causada por UQDs
O roteamento deve também respeitar o raio de curvatura mínimo especificado da mangueira.
Para uma discussão mais ampla sobre roteamento e seleção de mangueiras, consulte Como escolher a mangueira de refrigeração líquida certa para servidores de IA.
10. UQDs podem contribuir para a queda de pressão total
Em muitos sistemas de refrigeração de líquidos, UQDs são usados para simplificar a conexão e desconexão do equipamento.
No entanto, uma UQD faz parte do caminho hidráulico.
Sua geometria interna de passagem e fluxo pode contribuir com perda de pressão.
Isso significa que os engenheiros devem evitar avaliar a mangueira enquanto ignoram o hardware de conexão.
Ao comparar diferentes conjuntos de mangueiras, o trajeto completo do fluxo fornece uma referência de engenharia mais útil do que a mangueira sozinha.
11. Os encaixes da mangueira devem ser incluídos no cálculo
Um conjunto de mangueiras normalmente contém acessórios ou componentes de conexão em uma ou ambas as extremidades.
A geometria interna destes componentes pode criar resistência adicional.
Uma mangueira nominalmente grande pode, portanto, ainda ter um caminho de fluxo relativamente restritivo se os componentes de conexão têm uma passagem interna menor.
Quando a queda de pressão é crítica, os engenheiros devem examinar o caminho de conexão completo do ID da mangueira através do ajuste e UQD.
12. A seleção da pressão e da bomba são conectadas
A bomba deve fornecer pressão suficiente para superar a resistência hidráulica do circuito de resfriamento, mantendo o caudal necessário.
Uma relação simplificada pode ser expressa como:
O processo de seleção da bomba é mais detalhado e depende da arquitetura de resfriamento completa.
No entanto, minimizar a resistência hidráulica desnecessária pode facilitar o gerenciamento do sistema global.
13. Por que uma mangueira maior nem sempre é a melhor resposta
É tentador resolver preocupações pressão-queda simplesmente aumentando o diâmetro da mangueira.
Essa abordagem pode funcionar em algumas situações, mas nem sempre é prática.
Uma mangueira maior pode exigir:
- Acessórios maiores
- Grandes UQDs
- Mais espaço de instalação
- Raio de roteamento maior
- Diferentes portas múltiplas
Portanto, o objetivo da engenharia é normalmente encontrar um equilíbrio adequado entre o desempenho hidráulico e a integração física.
14. A queda de pressão deve ser considerada ao lado do rádio dobrável
Uma mangueira precisa caber no espaço de rack disponível sem criar flexão excessiva ou torção.
Uma configuração de roteamento muito apertada pode alterar a passagem de fluxo eficaz.
Por conseguinte, sempre que possível, deve efectuar-se uma avaliação da gota de pressão na configuração de instalação pretendida.
O processo prático de seleção deve incluir requisitos hidráulicos e mecânicos.
15. Classificação de pressão e queda de pressão são diferentes especificações
Estas duas especificações são por vezes confusas.
Classificação da pressão descreve a pressão que a mangueira foi concebida para suportar em condições especificadas.
Queda de pressão descreve a perda de pressão que ocorre como fluido de refrigeração flui através da mangueira.
Uma mangueira pode ter uma alta classificação de pressão, enquanto ainda produz mais perda de pressão do que o desejado a um determinado caudal.
16. Como os engenheiros podem comparar diferentes tamanhos da mangueira
Ao avaliar o tamanho das mangueiras, use as mesmas condições de operação para cada candidato.
Uma comparação útil deve manter as seguintes variáveis consistentes:
- Refrigerante
- Temperatura do refrigerante
- Taxa de fluxo
- Comprimento da mangueira
- Configuração da ligação
Os dados resultantes podem então ser comparados de forma mais significativa.
| Parâmetro | Candidato A | Candidato B | Candidato C |
|---|---|---|---|
| Diâmetro interno | Menor | Médio | Maior |
| Taxa de fluxo | A mesma condição de ensaio | ||
| Refrigerante | Mesmo refrigerante | ||
| Comprimento da mangueira | O mesmo comprimento de ensaio | ||
| Queda de Pressão | Medida | Medida | Medida |
17. Um Processo de Avaliação Prático de Pressão-Drop
Essa abordagem reduz o risco de otimizar um componente ao mesmo tempo que cria uma restrição não intencional em outro lugar do ciclo de resfriamento.
18. Como a queda de pressão relaciona-se à densidade de IA Rack
À medida que os sistemas de computação de IA se tornam mais densamente integrados, a arquitetura de resfriamento pode se tornar mais complexa.
Mais processadores, placas frias e pontos de conexão podem exigir caminhos de refrigeração adicionais.
Isso pode aumentar o número de componentes que contribuem para a resistência hidráulica total.
Para sistemas de refrigeração de alta densidade, o gerenciamento de gota de pressão torna-se, portanto, uma parte importante do projeto de nível do sistema.
19. A queda de pressão deve ser avaliada no nível do sistema
Um fornecedor de mangueiras pode fornecer informações sobre as gotas de pressão de uma determinada mangueira em condições de ensaio especificadas.
Essa informação é útil, mas não representa a perda de pressão de todo o ciclo de resfriamento.
A avaliação a nível do sistema deverá incluir:
- CDU
- Manifold
- Mangueira de abastecimento
- UQDs
- Adaptações
- Placa fria
- Retorno da mangueira
- Outras restrições de fluxo
Esta distinção é importante ao traduzir dados de componentes em um projeto real rack IA.
20. Que dados devem ser solicitados de um fornecedor de mangueira?
Quando a queda de pressão é um parâmetro de projeto importante, os engenheiros devem solicitar informações suficientes para reproduzir ou interpretar as condições de teste do fornecedor.
Informações úteis incluem:
- Diâmetro interno da mangueira
- Comprimento do ensaio
- Refrigerante utilizado para ensaios
- Temperatura do refrigerante
- Taxa de fluxo
- Resultado da queda de pressão
- Configuração da ligação
Sem as condições de ensaio, pode ser difícil aplicar um número de gota de pressão directamente a outro sistema de arrefecimento.
21. Opções da mangueira de resfriamento líquido de CJAN
A CJAN fornece várias configurações de mangueira de refrigeração líquida que podem ser avaliadas de acordo com os requisitos do sistema.
A atual Mangueira de refrigeração líquida CJAN LCH é projetado para aplicações de refrigeração líquida onde os engenheiros precisam considerar requisitos hidráulicos, térmicos e mecânicos juntos.
Outras configurações incluem CJAN LCH-SD e CJAN LCH-SDS.
A seleção do produto deve ser baseada no refrigerante, pressão, temperatura, vazão, dimensões e requisitos de conexão.
22. Conectando a análise pressão-drip com a seleção da mangueira
A queda de pressão não deve ser tratada como um cálculo isolado realizado após a seleção da mangueira.
Deve ser incluído durante o processo inicial de seleção da mangueira.
O quadro de selecção mais vasto está abrangido Como escolher a mangueira de refrigeração líquida certa para servidores de IA.
Esse processo considera a compatibilidade do refrigerante, fluxo, pressão, temperatura, dimensões da mangueira, raio de curvatura, ambiente mecânico e requisitos UQD juntos.
23. Queda de pressão em um conjunto de mangueira de resfriamento líquido real
O conjunto da mangueira acabado pode comportar-se de forma diferente de um simples comprimento reto da mangueira.
Por exemplo, uma montagem típica pode incluir:
Cada seção pode influenciar o resultado hidráulico final.
Por esta razão, o teste de protótipo ou nível de montagem pode ser valioso quando o sistema de refrigeração tem requisitos hidráulicos apertados.
24. Cinco Erros Comuns na Avaliação Pressão-Drop
Erro 1: Olhando apenas para o diâmetro da mangueira
O diâmetro importa, mas não descreve todo o caminho hidráulico.
Erro 2: Ignorar a taxa de fluxo
Dados de gota de pressão sem uma condição de fluxo definida é difícil de interpretar.
Erro 3: Ignorar UQDs
UQDs são parte do caminho de fluxo e podem contribuir com resistência adicional.
Erro 4: Ignorando a temperatura do refrigerante
As propriedades do refrigerante podem variar com a temperatura, afetando o comportamento hidráulico.
Erro 5: Avaliando apenas uma mangueira reta
A instalação final pode conter curvas, acessórios e componentes de conexão que alteram a perda de pressão real.
25. Uma lista de verificação de design simples
| Pergunta | Verificar |
|---|---|
| Que refrigerante está sendo usado? | Confirmar a formulação e temperatura |
| Que fluxo é necessário? | Definir o intervalo alvo e operacional |
| Qual é a identificação da mangueira? | Controlo dos requisitos hidráulicos |
| Quanto tempo demora a mangueira? | Incluir o comprimento real do roteamento |
| Que acessórios são usados? | Verificar o caminho do fluxo interno |
| O que é UQD utilizado? | Verificar a restrição do fluxo |
| Qual é a queda total de pressão? | Avaliar o ciclo completo |
| O ponto de operação da bomba é adequado? | Confirmar o fluxo e a pressão necessários |
Conclusão
A queda de pressão da mangueira de refrigeração líquida é uma consideração de nível do sistema no resfriamento do data center de IA.
A taxa de vazão, o diâmetro interno da mangueira, o comprimento da mangueira, as propriedades do refrigerante, a temperatura, as curvas, as conexões e os UQDs podem influenciar a resistência hidráulica do circuito de resfriamento.
A abordagem mais útil é, portanto, avaliar o caminho completo do refrigerante em vez de selecionar uma mangueira com base apenas na classificação de pressão ou tamanho nominal.
Para projetos de resfriamento de servidores de IA, o CJAN fornece configurações de mangueira de refrigeração líquida LCH, LCH-SD e LCH-SDS que podem ser avaliadas em função de requisitos específicos de aplicação.
Ao solicitar uma recomendação de mangueira, fornecer o refrigerante, a taxa de vazão, pressão, temperatura, dimensões da mangueira e configuração de conexão dá ao fornecedor uma base muito mais forte para avaliação de engenharia.
Para mais informações, visite o Soluções de resfriamento líquido CJAN página ou revisão da Mangueira de refrigeração líquida CJAN LCH.
