随着大数据时代的来临，金融行业对数据中心计算及数据存储能力的要求呈爆发式增长。面对扩张迅速的数据中心规模，机房的物理环境和使用状况均趋向多元化，传统的管理模式逐渐难以满足大型、超大型数据中心的运维需要。
机房的制冷容量作为容量管理的三大要素之一，是最难直接测量的一项技术参数。它不像空间和电力容量可以通过数据统计或传感器测量的方式获取精确结果，大多情况下数据中心运维人员只能从机房IT负载、照明、围护结构、人体散热等角度出发，对机房级别的制冷容量使用情况进行估算，而对于机柜级别制冷情况则鲜有评估依据。在此背景下，CFD（Computational Fluid Dynamics计算流体动力学）仿真技术在数据中心方面的应用应运而生。
基于CFD仿真平台，运维人员能够参照图纸1:1还原数据中心3D模型，在此基础上通过调节各类设施的运行状态，可仿真得到气流组织和温度场在不同工况下的可视化展示。仿真结果不仅能够为数据中心的气流组织状况和制冷容量使用情况提供直观展示，还能精确预估机柜的局部热点。运维人员通过对模型的不断调优和仿真，最终得到具有针对性的全局化改造方案，最大限度避免热点隐患与冷量损失。
对数据中心进行CFD仿真分析的目的主要分为可视化分析和灾难场景模拟分析两个方面。
数据中心空调暖通系统的数学模型由微分方程相互耦合构成，具有很强的非线性特征，目前只能利用数值方法进行求解。这就需要对实际问题的求解区域进行离散，将难以求解的微分方程变为容易求解的代数方程，进而得到流场的离散分布。但是仅仅依靠这些离散的数值运维人员很难直观、全面的分析仿真结果，因此就需要可视化的仿真结果展示让离散的数值具有现实意义。借助可视化分析，运维人员能够获得数据中心机房级、机柜级、设备级的气流组织分布情况和不同水平高度的温度场分布情况等仿真结果，可用于研究机房内服务器的散热效果、空调的制冷效果、各通风口的供回风情况。
对于局部热点问题，可以根据仿真结果，直接定位机房内部的温度最高点，也可以参考温度与颜色的对应关系，探索热量聚集区域，针对具体问题进行优化试验。
为保证生产设备的运行安全，对于处于饱和状态运行的机房模块，无法在实际环境中进行灾难场景模拟。此时借助CFD仿真技术，就能模拟制冷系统在灾难场景下的运行状态。针对极端灾难场景，还可模拟所有空调均不运行时，模块内剩余冷量在现有IT功耗下可支持的最大安全运行时间。
受诸多外界及环境因素影响，数据中心投产后的实际运行参数往往与设计数据存在差异，因此CFD仿真建模时对物理环境的数据采集越精细，得到的仿真结果越贴近数据中心的实际运行状态。CFD仿真模型建立前需要花费大量时间对环境现状和设备信息进行全面的数据采集和汇总，同时在模型建立过程中不断查缺补漏，最大限度还原机房模块原貌。建立仿真模型所需的关键信息主要包括：
（1）数据中心地理位置信息：
机房位置（省、市、县等）
（2）数据中心基础场地信息：
场地布局图（体现尺寸、格栅地板、通风地板）、CAD竣工图
数据中心房间功能分区
数据中心气流组织形式
架高地板高度/地面下沉高度
格栅地板实际开孔率
数据中心净高、吊顶高度、梁高度宽度、楼板之间高差（底板和顶板）
吊顶材质、尺寸选型
吊顶回风口尺寸、开孔率
灯具布局、尺寸、用电量
门窗和墙体上玻璃窗尺寸、材质
墙体材质、柱体材质；线槽选型、尺寸、布局（包括地板下线槽）
空调间隔断墙材质及尺寸
地板下隔断出风口位置、尺寸、通风率
隔断墙回风口位置、尺寸、开孔率
（3）精密空调设备信息：
品牌、数量、型号、风量、冷量、尺寸、功率、实测电流
供回风温度设定值
开关机状态
设计冗余
风机、水阀、压机运行状态
拦水围栏尺寸、位置
导风板安装情况、尺寸
回风通道安装情况、尺寸
（4）机柜设备信息：
机柜尺寸、排布、编号
封闭通道安装情况及尺寸
机柜侧板、底板、盲板安装情况
机柜前后门通风率
机柜下底轮或支架安装高度
机柜下线槽开孔尺寸及开孔封堵情况
设计功率、实测电流
（5）IT设备信息：
设备品牌型号
安装位置（U位、正装/反装）
运行状态
实测电流
模型搭建主要分为以下几步开展：
（1）参照数据中心场地布局图等CAD图纸绘制机房模块围墙、地板、立柱、梁、空调间隔断、挡水坝等相关结构；
（2）根据各专业竣工图纸补充桥架、管线、风道、灯具等基础设施；
（3）根据精密空调型号及技术参数建立模型，按位摆放；
（4）根据机柜信息建立模型，按照机柜排布及通道封闭情况进行批量部署；
（5）根据IT设备信息建立模型，按照上架情况在机柜内进行填充，空余部分参照实际情况添加盲板；
（6）按照实测情况或预想测试场景设定空调风机频率、水阀开度（风冷空调调节压缩机运行状态）；
（7）按照实测情况调整冷通道通风地板通风率；
（8）设置泄漏系数等经验参数；
（9）完成模型搭建，进行仿真。
从现有CFD仿真的技术手段及实现方法来看，其三维模型的搭建与DCIM系统（Data Center Infrastructure Management System）的建设存在不少交集，因此如何将计算流体动力学仿真技术运用到DCIM系统中将是多个大型数据中心管理面临的重要课题。可以预见，CFD模型能够为DCIM系统中的图纸管理、2D/3D模型、机柜级别SPC（Space、Power、Cooling）容量管理、资产管理、能效评估等功能提供精细的数据支撑。未来，CFD仿真技术将会更加深入运用到数据中心管理工作上，让数据中心里看不见摸不到的信息舞动起来。
作者：李振园
编辑：殷清宇
浅谈Web服务器安全之Apache HTTP Server安全
金融科技干货分享
长按二维码关注我们
每周一篇成长快乐
我知道你在看哦
