热带数据中心液冷：CFD需要核对的四段热路径

导读：冷板温度合格，仅能说明其在给定入口条件下可能满足要求。入口条件是否能够在实际系统中成立，还需结合管网、CDU及末端排热设备进行验证。 

图1  液冷系统热路径

2026年8月27日，新加坡发布了SS 726:2026，适用对象为热带数据中心直接液冷系统。根据公开介绍，该标准涉及规划设计、部署管理、运行维护、性能跟踪和风险管理。对于热仿真工作，值得关注的是系统边界：液冷分析不能局限于冷板。

液冷模型首先需要明确冷板入口温度和流量的来源。许多冷板模型将这两个参数直接设为常数，所得温度可能满足要求，但该结果仅适用于给定入口条件。现场能否持续提供相同的入口条件，需要结合泵、管网、CDU及末端排热设备进一步验证。热带地区室外温度和湿度较高，在最不利工况下，末端排热能力可能直接影响冷板入口状态。

对于结构比较和流道优化，单独建立冷板局部模型具有较高的计算效率。需要注意的是，此类结果不能直接替代系统级校核。

入口采用固定流量和固定温度时，模型实际上预设了以下条件：泵能够提供目标流量，并联支路不存在明显偏流，CDU能够将回液冷却至设定温度，室外排热设备在高温工况下仍具有足够余量。任一条件不成立，冷板入口都会偏离设定值，局部模型的温度结论也需要重新评估。

图2  冷板局部与系统边界

热量从芯片传至冷板前，还要经过封装、TIM和接触面。部分模型会简化这一段热路径，或直接将发热量施加在冷板底面，因而可能低估芯片结温。

总功率相同而热源分布不同时，温度结果可能存在明显差异。热量集中于较小区域时，冷板平均温度可能正常，但局部结温已经偏高。因此，该阶段除总损耗外，还需要确认损耗分布、峰值工况、TIM参数和接触热阻。对于不确定参数，可通过敏感性分析评估其对结温的影响。

冷板内部常见问题之一是偏流。即使多通道结构在几何上对称，实际流量也不一定均匀；转弯、分流和汇流位置还可能形成低速区。当低速区与高热流密度区域重合时，局部热点会进一步加剧。

结果分析应同时检查温度、速度、支路流量和压降，并核对能量平衡。冷却液质量流量、比热容与进出口温差的乘积，应与输入发热量在允许误差内一致。该项检查有助于发现物性、边界条件和单位设置中的问题。单独依赖温度云图不足以判断模型是否合理。

冷板接入机柜后，实际流量可能与局部模型的设定值不同。服务器支路通常采用并联形式，管长、弯头、接头和阀门造成的阻力差会改变流量分配。靠近泵或主管入口的支路可能流量偏大，而末端支路可能出现流量不足。

该阶段应重点检查歧管压降、支路流量偏差、供回液温差、阀门调节范围和泵的实际工作点。局部歧管及复杂接头可采用CFD进行详细分析；支路数量较多时，可结合一维管网模型进行工况扫描。采用分层模型通常比将全部管路细节纳入单一三维模型更具计算效率。

CDU把一次侧热量传给二次侧，但换热器本身有逼近温差，也有压降。二次侧还要通过干冷器、冷却塔或其他设备把热排到环境。室外温度升高后，可用换热温差会变小，设备能力也可能下降。

排热端不能仅采用全年平均温度作为边界，应根据具体方案核对室外干球温度或湿球温度，并考虑设备降额、污垢热阻和冗余策略。末端排热能力不足时，回液温度将逐步升高，并通过CDU和管路影响冷板入口及芯片温度。

对整座数据中心进行全尺度三维CFD分析，计算成本较高，且未必适合所有设计阶段。工程上可采用分层建模：器件与冷板模型用于确认局部热阻、流道和压降；机柜与管网模型用于计算支路流量分配；CDU和末端排热设备则通过性能曲线参与系统边界计算。

各层模型之间需要保持边界传递关系。上一级模型输出热负荷或压降，下一级模型返回流量或温度，同时通过质量守恒和能量守恒进行校核。方案比较时还应统一热负荷、环境条件和设备性能，避免边界差异干扰判断。

本文只根据公开资料讨论直接液冷系统的热路径，不代替标准原文，也不解释具体条款。SS 726:2026的公开范围说明中，后门换热器等间接液冷方案，以及两相和混合单相、两相系统不在适用范围内。

开展PCB水冷板、电子设备液冷、机柜支路均衡或冷却系统方案比较前，至少需要准备热源功率、允许温度、冷却液物性、供回液条件，以及泵和换热设备的性能数据。对于已有模型，可从能量平衡、边界条件和网格设置三个方面进行结果复核。

参考信息

Enterprise Singapore：SS 726:2026发布信息

Singapore Standards：SS 726:2026公开范围说明

美国能源部：数据中心液冷与排热路径概述