Etude théorique et expérimentale d’un système de refroidissement diphasique des composants électroniques pour des applications IT.

Matthieu Amate–Vignon1^{1}, Marc Raeth2^{2}, Alexandre Labergue3^{3}, Michel Gradeck3^{3}
⋆^{\star} : matthieu.amate-vignon@univ-lorraine.fr
1^{1} LEMTA, Eviden
2^{2} Eviden
3^{3} LEMTA
Mots clés : évaporation, serveurs de calcul, modélisation numérique, écoulement diphasique
Résumé :

Afin de déterminer les performances thermiques et hydrauliques ainsi que les points de fonctionnement d’un système de refroidissement par changement de phase d’un serveur de calcul, un montage expérimental est conçu pour simuler le comportement d’une installation allant jusqu’à 20 kW. Ce montage inclue les boucles de refroidissement primaire (circuit d’eau client) et secondaire (circuit interne au serveur) qui fonctionne en régime monophasique et diphasique pour comparer les performances de ces deux modes de refroidissement. A faible puissance (2kW), les interactions entre plusieurs évaporateurs connectés au même circuit de distribution de liquide de refroidissement sont étudiées. La montée progressive en puissance jusqu’à 20 kW permet de caractériser les interactions entre plusieurs lames de serveur. L’influence du positionnement relatif des différentes pièces sur les propriétés de l’écoulement est aussi étudiée. Parallèlement, un code de dimensionnement est développé en python. Il repose sur les modèles existants de transferts thermiques des différents échangeurs de chaleur (échangeur/condenseur entre les boucles primaire et secondaire, dissipateur de chaleur/évaporateur au niveau des processeurs) et de pertes de charges de toutes les pièces. Ce code a pour but de simuler une installation équivalente à celle du montage expérimental ainsi que les sous-ensembles la composant, afin d’avoir une évaluation à plusieurs échelles de son fonctionnement, en prévoir le comportement et déterminer les risques. Ces risques peuvent notamment être liés à des déséquilibrages de répartition de débit entre différentes branches d’un sous-ensemble (une lame de serveur par exemple) pouvant aboutir à un assèchement total d’une ou plusieurs parties du réseau. La comparaison des résultats numériques et expérimentaux permettent d’affiner la modélisation et de l’extrapoler à des installations plus conséquentes afin d’optimiser la récupération d’énergie (majoritairement dissipée dans l’atmosphère aujourd’hui) ainsi que diverses données macroscopiques (Power Usage Effectiveness, Total Cost of Ownership...) qui permettront de déterminer la viabilité d’une telle méthode de refroidissement d’un point de vue industriel.

Work In Progress