Flüssigkeitskühlschlauch-Druckabfall: Wie man ihn in KI-Rechenzentren berechnet und kontrolliert

In einem KI-Rechenzentrumskühlsystem kann der Schlauch wie eine relativ einfache Komponente aussehen, aber aus hydraulischer Sicht verleiht jeder Schlauch dem Kühlmittelfluss Widerstand.

Dieser Widerstand wird wichtig, wenn mehrere Schläuche, Armaturen, UQDs, Krümmer und Kühlplatten in den gleichen Kühlkreislauf geschaltet werden.

Wenn der Druckabfall höher ist als erwartet, muss die Pumpe möglicherweise mit einem höheren Druck arbeiten, um den erforderlichen Durchfluss aufrechtzuerhalten In einem dicht besiedelten AI-Rack können selbst relativ kleine Druckverluste über einzelne Komponenten signifikant werden, wenn sie sich im gesamten System wiederholen.

In diesem Artikel werden die Hauptfaktoren erläutert, die den Schlauchdruckabfall beeinflussen und wie Ingenieure sie während des AI-Server-Flüssigkühlsystems bewerten können.

Für das Grundprinzip der KI-Rechenzentrumsflüssigkeitskühlung siehe Wie funktioniert flüssige Kühlung in KI-Rechenzentren?.

Was ist Druckabfall in einem flüssigen Kühlschlauch?

Druckabfall ist die Verringerung des Fluiddrucks, wenn sich das Kühlmittel durch einen Strömungsweg bewegt.

In einem flüssigen Kühlschlauch geht Druck verloren, weil das sich bewegende Kühlmittel von der Schlauchwandung und von Änderungen des Strömungswegs Widerstand erfährt.

Für eine vereinfachte Kühlschleife kann der hydraulische Weg so aussehen:

Jede Komponente in diesem Weg kann zum Gesamtdruckverlust beitragen.

Daher sollte der Schlauchdruckabfall als Teil des gesamten Hydrauliksystems und nicht als isolierte Spezifikation bewertet werden.

2. Warum Druckabfall bei der Kühlung von KI-Rechenzentren wichtig ist

KI-Server können aufgrund der von Hochleistungsprozessoren und -beschleunigern erzeugten thermischen Belastung einen erheblichen Kühlmittelfluss erfordern.

Mit zunehmendem Kühlmittelfluss wird der hydraulische Widerstand im Allgemeinen wichtiger.

Das Kühlsystem muss für einen ausreichenden Durchfluss sorgen, um die erforderliche Wärmemenge von den elektronischen Komponenten abzuführen.

Wenn ein übermäßiger Druckverlust im Kreislauf besteht, muss die Pumpe zusätzlichen Druck bereitstellen, um diesen Fluss aufrechtzuerhalten.

Dies bedeutet nicht, dass der Schlauch mit dem größten Innendurchmesser immer die beste Wahl ist, Schlauchdurchmesser, Systemfluss, verfügbarer Platz, Anschlussgröße und Drucktropfenanforderungen müssen zusammen betrachtet werden.

3. Was Bestimmt Flüssigkeit Kühlschlauch Druckabfall?

Mehrere Variablen beeinflussen den Druckverlust eines Schlauches.

• Kühlmitteldurchsatz
• Schlauchinnendurchmesser
• Länge des Schlauchs
• Kühlmittelviskosität
• Kühlmitteldichte
• Eigenschaften der inneren Oberfläche
• Strömungsweggeometrie
• Bends und Routing
• Verbindungsaufbau

Unter diesen Faktoren sind Durchflussrate, Innendurchmesser und Schlauchlänge beim Vergleich von Schlauchkonfigurationen oft besonders wichtig.

4. Durchflussrate hat direkte Auswirkungen

Wenn mehr Kühlmittel den gleichen Schlauch passieren muss, erhöht sich die Flüssigkeitsgeschwindigkeit.

Höhere Geschwindigkeiten erhöhen im Allgemeinen den hydraulischen Widerstand.

Aus diesem Grund kann ein Schlauch, der bei einer relativ geringen Durchflussmenge ausreichend arbeitet, einen wesentlich größeren Druckabfall erzeugen, wenn das Kühlsystem mit einer höheren Durchflussmenge arbeitet.

Aus diesem Grund sollten die Hersteller idealerweise Druckabfallinformationen bei definierten Durchflussbedingungen bereitstellen, anstatt nur eine einzige Nennschlauchleistung bereitzustellen.

5. Warum Schlauchinnendurchmesser wichtig ist

Der Innendurchmesser ist eine der wichtigsten Schlauchabmessungen für die hydraulische Leistung.

Bei gleichem Kühlmittelstrom führt ein kleinerer Innenkanal zu einer höheren Fluidgeschwindigkeit.

Ein größerer interner Durchgang kann die Geschwindigkeit und den hydraulischen Widerstand reduzieren, obwohl er die physische Größe der Baugruppe erhöhen kann.

Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn der Kühlkreislauf mit relativ hohen Strömungsgeschwindigkeiten arbeitet.

6. Schlauchlänge trägt auch zum Druckverlust bei

Längere Schlauchstränge erzeugen im Allgemeinen mehr Reibungswiderstand als kürzere Läufe derselben Schlauchkonstruktion und desselben Innendurchmessers.

In einem AI-Rack mag der Unterschied für einen Schlauch gering erscheinen, ein System kann jedoch mehrere Zu- und Rücklaufschläuche enthalten.

Die gesamte hydraulische Wirkung muss daher über den gesamten Kreislauf betrachtet werden.

Schlauchlänge sollte lange genug für korrekte Routing und Wartung Zugang gehalten werden, aber unnötige Überlänge sollte vermieden werden.

7. Kühlmitteleigenschaften beeinflussen Druckabfall

Der Druckabfall kann ohne Kenntnis des Kühlmittels nicht genau ausgewertet werden.

Unterschiedliche Kühlmittel können unterschiedliche Viskositäts- und Dichteeigenschaften aufweisen.

Diese Eigenschaften beeinflussen das hydraulische Verhalten im Schlauch.

Beispielsweise können sich ein wasserbasiertes Kühlmittel und ein Kühlmittel, das eine höhere Konzentration an Glykol enthält, auch dann unterschiedlich verhalten, wenn sie denselben Schlauch mit der gleichen Nenndurchflussrate durchströmen.

8. Temperatur kann hydraulische Bedingungen verändern

Kühlmitteleigenschaften können sich mit der Temperatur ändern.

Da die Viskosität mit der Temperatur variieren kann, kann sich das Druck-Tropfen-Verhalten eines Kühlkreislaufs auch zwischen den Betriebsbedingungen ändern.

Dies ist ein Grund, warum Druckabfalldaten zusammen mit dem tatsächlichen Temperaturbereich der Anwendung interpretiert werden sollten.

9. Erhöhen Bends den Druckabfall?

Ja. Strömungsrichtungsänderungen können zu einem zusätzlichen hydraulischen Widerstand beitragen.

Ein mit mehreren Biegungen geführter Schlauch kann daher ein anderes Drucktropfenverhalten aufweisen als ein gerader Schlauch gleicher Nennlänge.

In der Praxis sollten Ingenieure unterscheiden zwischen:

• Reibungsverlust entlang der Schlauchlänge
• Zusätzlicher Widerstand durch Biegungen
• Beschränkung durch Armaturen
• Beschränkung durch UQDs

Das Routing sollte auch den angegebenen Mindestbiegeradius des Schlauchs einhalten.

Für eine breitere Diskussion über Schlauchführung und Auswahl, siehe So wählen Sie den richtigen flüssigen Kühlschlauch für AI-Server.

UQDs können zum Gesamtdruckabfall beitragen

In vielen brauchbaren Flüssigkeitskühlsystemen werden UQDs verwendet, um den Anschluss und die Trennung von Geräten zu vereinfachen.

Eine UQD ist jedoch Teil des hydraulischen Pfades.

Seine innere Kanal- und Strömungsgeometrie kann zum Druckverlust beitragen.

Dies bedeutet, dass Ingenieure vermeiden sollten, den Schlauch zu bewerten, während sie die Verbindungshardware ignorieren.

Beim Vergleich verschiedener Schlauchanordnungen bietet der gesamte Strömungsweg eine nützlichere technische Referenz als der Schlauch allein.

11. Schlaucharmaturen sollten in die Berechnung einbezogen werden

Eine Schlauchanordnung enthält normalerweise Armaturen oder Anschlusskomponenten an einem oder beiden Enden.

Die innere Geometrie dieser Komponenten kann zusätzlichen Widerstand erzeugen.

Ein nominell großer Schlauch kann daher noch einen relativ restriktiven Strömungsweg aufweisen, wenn die Anschlusskomponenten einen kleineren Innenkanal aufweisen.

Wenn der Druckabfall kritisch ist, sollten Ingenieure den gesamten Verbindungsweg von der Schlauch-ID durch die Armatur und UQD untersuchen.

12. Druckabfall und Pumpenauswahl sind verbunden

Die Pumpe muss genügend Druck bereitstellen, um den hydraulischen Widerstand des Kühlkreislaufs zu überwinden und gleichzeitig die erforderliche Durchflussmenge aufrechtzuerhalten.

Eine vereinfachte Beziehung kann ausgedrückt werden als:

Der eigentliche Pumpenauswahlprozess ist detaillierter und hängt von der kompletten Kühlarchitektur ab.

Dennoch kann die Minimierung unnötigen hydraulischen Widerstands das Gesamtsystem einfacher zu verwalten machen.

13. Warum ein größerer Schlauch nicht immer die beste Antwort ist

Es ist verlockend, Druckverlustprobleme einfach durch die Vergrößerung des Schlauchdurchmessers zu lösen.

Dieser Ansatz kann in manchen Situationen funktionieren, ist aber nicht immer praktikabel.

Ein größerer Schlauch kann erfordern:

• Größere Armaturen
• Größere UQD
• Mehr Bauraum
• Größerer Routingradius
• Verschiedene Verteilerhäfen

Daher besteht das technische Ziel normalerweise darin, ein angemessenes Gleichgewicht zwischen hydraulischer Leistung und physikalischer Integration zu finden.

14. Druckabfall sollte neben dem Biegeradius berücksichtigt werden

Ein Schlauch muss in den verfügbaren Rackraum passen, ohne übermäßiges Biegen oder Knicken zu verursachen.

Eine sehr enge Routing-Konfiguration kann den effektiven Strömungskanal verändern.

Daher sollte die Druckabfallbewertung wann immer möglich an der vorgesehenen Installationskonfiguration durchgeführt werden.

Der praktische Auswahlprozess sollte sowohl hydraulische als auch mechanische Anforderungen umfassen.

15. Druckbewertung und Druckabfall sind unterschiedliche Spezifikationen

Diese beiden Spezifikationen werden manchmal verwechselt.

Druckklasse beschreibt den Druck, dem der Schlauch unter bestimmten Bedingungen standhalten soll.

Druckabfall beschreibt den Druckverlust, der beim Durchströmen des Kühlmittels durch den Schlauch auftritt.

Ein Schlauch kann einen hohen Druck haben, während er noch mehr Druckverlust erzeugt, als bei einer bestimmten Flussrate gewünscht.

16. Wie Ingenieure verschiedene Schlauchgrößen vergleichen können

Verwenden Sie bei der Bewertung der Schlauchgrößen die gleichen Betriebsbedingungen für jeden Kandidaten.

Ein nützlicher Vergleich sollte die folgenden Variablen konsistent halten:

• Kühlmittel
• Kühlmitteltemperatur
• Durchflussrate
• Länge des Schlauchs
• Anschlusskonfiguration

Die resultierenden Druckabfalldaten können dann aussagekräftiger verglichen werden.

17. Ein praktischer Drucktropfen-Bewertungsprozess

Dieser Ansatz reduziert das Risiko, eine Komponente zu optimieren, während eine unbeabsichtigte Einschränkung an anderer Stelle im Kühlkreislauf entsteht.

18. Wie sich der Druckabfall auf die AI-Rackdichte bezieht

Wenn KI-Computing-Systeme dichter integriert werden, kann die Kühlarchitektur komplexer werden.

Mehr Prozessoren, Kühlplatten und Anschlussstellen können zusätzliche Kühlmittelpfade erfordern.

Dies kann die Anzahl der Komponenten erhöhen, die zum gesamten hydraulischen Widerstand beitragen.

Für Kühlsysteme mit hoher Dichte wird das Druck-Drop-Management daher zu einem wichtigen Bestandteil des Designs auf Systemebene.

19. Druckabfall sollte auf Systemebene bewertet werden

Ein Schlauchlieferant kann unter bestimmten Testbedingungen Druckabfallinformationen für einen bestimmten Schlauch bereitstellen.

Diese Information ist nützlich, stellt aber nicht den Druckverlust des gesamten Kühlkreislaufs dar.

Die Bewertung auf Systemebene sollte Folgendes umfassen:

• CDU
• Manifold
• Versorgungsschlauch
• UQD
• Armaturen
• Kalte Platte
• Rücklaufschlauch
• Sonstige Flussbeschränkungen

Diese Unterscheidung ist wichtig, wenn Komponentendaten in ein tatsächliches AI-Rack-Design übersetzt werden.

20. Welche Daten sollten von einem Schlauchlieferanten angefordert werden?

Wenn Druckabfall ein wichtiger Konstruktionsparameter ist, sollten Ingenieure genügend Informationen anfordern, um die Testbedingungen des Lieferanten zu reproduzieren oder zu interpretieren.

Nützliche Informationen umfassen:

• Schlauchinnendurchmesser
• Prüflänge
• Für die Prüfung verwendetes Kühlmittel
• Kühlmitteltemperatur
• Durchflussrate
• Druckabfallergebnis
• Anschlusskonfiguration

Ohne die Prüfbedingungen kann es schwierig sein, eine Drucktropfenzahl direkt auf ein anderes Kühlsystem aufzubringen.

21. CJAN Flüssigkühlschlauchoptionen

CJAN bietet mehrere Konfigurationen von flüssigen Kühlschläuchen, die entsprechend den Systemanforderungen bewertet werden können.

Die aktuelle CJAN LCH Flüssigkühlschlauch ist für Flüssigkeitskühlanwendungen konzipiert, bei denen Ingenieure hydraulische, thermische und mechanische Anforderungen gemeinsam berücksichtigen müssen.

Weitere Konfigurationen umfassen CJAN LCH-SD und CJAN LCH-SDS.

Die Produktauswahl sollte auf dem tatsächlichen Kühlmittel, Druck, Temperatur, Durchflussmenge, Abmessungen und Anschlussanforderungen basieren.

22. Verbindung der Drucktropfenanalyse mit der Schlauchauswahl

Druckabfall sollte nicht als isolierte Berechnung behandelt werden, die durchgeführt wird, nachdem der Schlauch bereits ausgewählt wurde.

Es sollte während des anfänglichen Schlauchauswahlprozesses enthalten sein.

Der breitere Auswahlrahmen wird durch So wählen Sie den richtigen flüssigen Kühlschlauch für AI-Server.

Dieser Prozess berücksichtigt Kühlmittelverträglichkeit, Durchfluss, Druck, Temperatur, Schlauchabmessungen, Biegeradius, mechanische Umgebung und UQD-Anforderungen zusammen.

23. Druckabfall in einem echten flüssigen Kühlschlauchaggregat

Die fertige Schlauchbaugruppe kann sich anders verhalten als eine einfache gerade Schlauchlänge.

Zum Beispiel kann eine typische Assembly Folgendes umfassen:

Jeder Abschnitt kann das endgültige hydraulische Ergebnis beeinflussen.

Aus diesem Grund können Prototyp- oder Montagetests nützlich sein, wenn das Kühlsystem strenge hydraulische Anforderungen hat.

24. Fünf häufige Fehler bei der Drucktropfenbewertung

Fehler 1: Nur auf den Schlauchdurchmesser schauen

Der Durchmesser ist wichtig, aber er beschreibt nicht den gesamten hydraulischen Weg.

Fehler 2: Ignorieren der Durchflussrate

Druckabfalldaten ohne definierten Strömungszustand sind schwer zu interpretieren.

Fehler 3: UQDs ignorieren

UQDs sind Teil des Strömungswegs und können zusätzlichen Widerstand beitragen.

Fehler 4: Ignorieren der Kühlmitteltemperatur

Kühlmitteleigenschaften können mit der Temperatur variieren und das hydraulische Verhalten beeinflussen.

Fehler 5: Nur einen geraden Schlauch bewerten

Die Endinstallation kann Biegungen, Armaturen und Verbindungskomponenten enthalten, die den tatsächlichen Druckverlust verändern.

25. Eine einfache Design-Checkliste

Schlussfolgerung

Der Druckabfall von Flüssigkeitskühlschlauch ist eine Systemebene bei der Kühlung von KI-Rechenzentren.

Durchflussrate, Schlauchinnendurchmesser, Schlauchlänge, Kühlmitteleigenschaften, Temperatur, Biegungen, Armaturen und UQDs können den hydraulischen Widerstand des Kühlkreislaufs beeinflussen.

Der nützlichste Ansatz ist daher, den gesamten Kühlmittelweg zu bewerten, anstatt einen Schlauch nur auf der Grundlage von Druck oder Nenngröße auszuwählen.

Für KI-Serverkühlungsprojekte bietet CJAN LCH-, LCH-SD- und LCH-SDS-Flüssigkühlschlauchkonfigurationen an, die anhand spezifischer Anwendungsanforderungen bewertet werden können.

Bei der Anforderung einer Schlauchempfehlung bietet die Bereitstellung des Kühlmittels, des Durchflusses, des Drucks, der Temperatur, der Schlauchabmessungen und der Anschlusskonfiguration dem Lieferanten eine viel stärkere Grundlage für die technische Bewertung.

Für weitere Informationen besuchen Sie die CJAN Flüssigkeitskühllösungen Seite oder Review der CJAN LCH Flüssigkühlschlauch.