GLOBALSo wählen Sie die Größe des Flüssigkeitskühlschlauchs aus: Durchflussrate, Druckabfall und Kühlanforderungen
Einleitung
Wenn Ingenieure einen flüssigen Kühlschlauch für ein AI-Server-Rack auswählen, lautet die erste Frage oft:
Welchen Schlauchdurchmesser sollte ich verwenden?
In der Praxis wird der Schlauchdurchmesser durch mehrere Variablen bestimmt:
- Wärmebelastung des Regals
- Erforderlicher Kühlmittelstrom
- Kühlmitteleigenschaften
- Temperaturdifferenz
- Länge des Schlauchs
- Innendurchmesser
- Armaturen
- Schnellabschaltungen
- Zulässiger Druckabfall
Ein Schlauch, der physisch an einen Stecker passt, kann immer noch die falsche hydraulische Größe haben. Beginnen Sie mit der Kühlanforderung und arbeiten rückwärts in Richtung der Schlauchspezifikation.
1. Beginnen Sie mit Rack Heat Load
Da das Kühlsystem zur Wärmeabfuhr dient, sollte sich die Schlauchdimensionierung letztlich auf die von den Geräten erzeugte Wärme beziehen.
Eine vereinfachte Beziehung ist:
In praktischer technischer Hinsicht:
↓
Erforderliche Wärmeentfernung
↓
Kühlmitteldurchsatz
↓
Schlauchinnendurchmesser
↓
Druckabfall
↓
CDU Pumpenanforderung
Diese Reihenfolge ist viel nützlicher als mit dem Schlauchanschluss zu beginnen.
2. Warum AI Rack Power wichtig ist
Herkömmliche Rechenzentrumsregale können relativ moderate thermische Belastungen aufweisen. AI Racks sind anders. Hochleistungs-GPU-Systeme können eine wesentlich höhere Wärmedichte erzeugen, was die Flüssigkeitskühlung attraktiv macht, da Kühlmittel Wärme viel effektiver in der Nähe der Wärmequelle transportieren kann.
Wenn die Rackleistung zunimmt, kann das Kühlsystem Folgendes erfordern:
- Höherer Kühlmittelstrom
- Größere Strömungskanäle
- Unterer hydraulischer Widerstand
- Effizientere Kühlplatten
- CDU mit höherer Kapazität
Der Schlauch ist nur ein Teil dieses hydraulischen Netzwerks, aber sein Innendurchmesser beeinflusst direkt den Strömungswiderstand.
3. Interner Durchmesser ist wichtiger als die nominelle Verbindungsgröße
Dies ist einer der wichtigsten Punkte bei der Schlauchauswahl.
- 3/4 Zoll
- 1 Zoll
- 1-1/4 Zoll
Aber das tut nicht Der Ingenieur sollte Folgendes überprüfen:
Zum Beispiel:
│
│ 1"-Verbindung"
▼
Montage
│
▼
Gruppe ID
│
▼
UQD-interne Passage
│
▼
Manifold
Weist ein Bauteil einen wesentlich kleineren Innenkanal auf, kann es zu einer hydraulischen Drossel werden.
4. Kühlmitteldurchfluss ist ein primärer Größenparameter
Die erforderliche Durchflussmenge hängt ab von:
- Wärmebelastung
- Kühlmitteltyp
- Versorgungstemperatur
- Rücklauftemperatur
- Gewünschter Temperaturanstieg
Für eine vereinfachte Berechnung der Wasserkühlung:
Wobei:
Q = Kühlmittelmassendurchsatz
P = Wärmebelastung
Cp = spezifische Wärmekapazität
ΔT = zulässiger Kühlmitteltemperaturanstieg
Die genaue Berechnung sollte die tatsächlichen Kühlmitteleigenschaften und technischen Einheiten verwenden, die vom Systemdesigner angegeben werden.
5. Ein einfaches Beispiel
Angenommen, ein AI-Kühlkreislauf muss entfernt werden 100 kW Wärme und Design ermöglicht einen Kühlmitteltemperaturanstieg von 10°CBei wasserbasierter Kühlung liegt der erforderliche Durchfluss in etwa in der Größenordnung von:
Das Beispiel zeigt ein wichtiges Prinzip: Eine hohe Gestellwärmebelastung kann einen erheblichen Kühlmittelfluss erfordern, der den Schlauchdurchmesser direkt beeinflusst.
6. Schlauchdurchmesser und Druckabfall
Die Vergrößerung des Schlauchdurchmessers verringert im allgemeinen den Strömungswiderstand, die Verringerung des Durchmessers erhöht im allgemeinen die Strömungsgeschwindigkeit und den Druckverlust.
Eine vereinfachte Beziehung ist:
↓
Höhere Strömungsgeschwindigkeit
↓
Höherer Druckverlust
während:
↓
Geringe Strömungsgeschwindigkeit
↓
Geringerer Druckverlust
Die Auswahl des größten verfügbaren Schlauchs ist jedoch nicht unbedingt die beste Lösung.
- Höhere Materialkosten
- Größere Armaturen
- Höhere Biegeanforderungen
- Mehr Bauraum
- Erhöhtes Kühlmittelvolumen
Das Ziel ist eine angemessene Dimensionierung, nicht eine maximale Dimensionierung.
7. Schlauchlänge beeinflusst auch den Druckabfall
Zwei Schläuche mit gleichem Innendurchmesser können bei unterschiedlichen Längen unterschiedliche hydraulische Leistungen aufweisen.
5 m Schlauch → Höherer Reibungsverlust
Dies wird wichtig, wenn eine CDU weit vom Rack entfernt positioniert ist.
- Druckverlust
- Kühlmittelvolumen
- Komplexität der Installation
Daher Die Schlauchlänge sollte in die hydraulische Berechnung einbezogen werden.
8. Vergessen Sie nicht die Fittings
Der Schlauch ist nicht die einzige Druckverlustquelle.
- Schlauch
- Ellbogen
- Adapter
- Schnellabschaltungen
- Ventile
- Manifolds
Der Systemdruckverlust kann daher konzeptionell betrachtet werden als:
Dies ist insbesondere bei KI-Hochstromkühlsystemen von Bedeutung.
9. Quick Disconnects können zu einer Einschränkung werden
Schnelltrennkupplungen sind äußerst nützlich für die Regalwartung, aber die Ingenieure sollten nicht davon ausgehen, dass alle UQDs die gleiche hydraulische Leistung haben.
Zwei Kupplungen mit derselben Nennanschlussgröße können unterschiedlich sein:
- Innenströmungskanäle
- Druckabfall
- Ventilstrukturen
- Durchflusskoeffizienten
Bei der Angabe eines Flüssigkeitskühlaggregats, Anforderung der UQD-Hydraulikleistungsdaten soweit verfügbar.
10. Die Auswahl des Schlauchdurchmessers sollte der Kühlarchitektur folgen
Ein typisches KI-Kühlsystem könnte so aussehen:
Die benötigte Schlauchgröße kann daher an verschiedenen Stellen unterschiedlich sein.
| Standort | Typische Designüberlegung |
|---|---|
| CDU: Rack | Höherer Fluss, längeres Routing |
| Rack: Manifold | Flussverteilung |
| Manifold - Kalte Platte | Zweigstrom |
| Cold Plate – Manifold | Rücklauf |
| Manifold CDU | Kombinierter Rückfluss |
Es gibt keinen Grund anzunehmen, dass jeder Schlauch im System den gleichen Durchmesser haben muss.
11. Liefer- und Rückgabeschläuche
Zu- und Rücklaufschläuche führen normalerweise einen ähnlichen Gesamtsystemstrom an der entsprechenden Stelle der Schleife, ihre Betriebsbedingungen können jedoch je nach Architektur geringfügig abweichen.
Ingenieure sollten berücksichtigen:
- Versorgungstemperatur
- Rücklauftemperatur
- Druck
- Durchfluss
- Schlauchführung
Beide sollten als Teil des gesamten Kühlkreislaufs angegeben werden.
12. Vermeiden Sie die Auswahl der Schlauchgröße allein aus vorhandener Hardware
Eine gemeinsame Situation ist:
"Die CDU hat einen 1-Zoll-Anschluss, also brauchen wir einen 1-Zoll-Schlauch."
Das kann ein vernünftiger Ausgangspunkt sein - aber es ist nicht eine vollständige technische Spezifikation; die tatsächliche Anforderung kann beeinflusst werden durch:
- Hafengeometrie
- Anpassung des Innendurchmessers
- UQD-Durchgang
- Gruppe ID
- Erforderlicher Durchfluss
- Druckabfall
Die richtige Frage ist:
13. Betrachten Sie den Hose Bend Radius
Die hydraulische Dimensionierung ist nicht das einzige Problem, denn ein Schlauch hat zwar die richtige ID, ist aber dennoch ungeeignet, wenn er nicht ordnungsgemäß geführt werden kann.
Eine enge Biegung kann:
- Drosselstrom
- Erhöhung der mechanischen Belastung
- Verringern der Lebensdauer von Schlauchschlauch
- Beanspruchung der Armaturen
Daher:
14. Flexible Schläuche benötigen Bauraum
KI-Racks werden immer dichter.
- Stromverteilung
- Netzkabel
- Kühlkrümmer
- Serverhardware
- Überwachungsausrüstung
Der gewählte Schlauchdurchmesser sollte daher die hydraulischen Anforderungen an den Bauraum ausgleichen, was ein Bereich ist, in dem hochflexible Schlauchkonstruktionen einen praktischen Vorteil bieten können.
15. Wie man eine Schlauchgröße auswählt: Praktischer Workflow
Für ein AI-Flüssigkühlungsprojekt ist der folgende Workflow nützlich.
| Schritt | Aktion |
|---|---|
| 1 | Bestimmung der Wärmebelastung Beispiel: Rack = 100 kW |
| 2 | Bestimmung des Kühlmittels Beispiel: Kühlmittel auf Wasserbasis |
| 3 | Bestimmung der zulässigen ΔT Beispiel: 10°C |
| 4 | Berechnung des erforderlichen Durchflusses Verwenden Sie die tatsächlichen Kühlmitteleigenschaften |
| 5 | Festlegen eines zulässigen Druckabfalls - Basierend auf CDU / Pumpfähigkeit |
| 6 | Bewertung der Schlauch-ID – Kandidatendurchmesser vergleichen |
| 7 | Fittings und UQDs hinzufügen - Berechnen Sie den vollständigen Druckverlust der Montage |
| 8 | Überprüfen Sie die mechanische Installation - Überprüfen Sie Biegeradius, Länge, Routing, Verbindungsorientierung |
| 9 | Sicherheitsmarge bestätigen - Überprüfen Sie die Druckklasse, die Temperaturklasse, die Materialverträglichkeit, die Montageleistung |
16. Beispiel Schlauchauswahlmatrix
Das Folgende ist ein Entwurfsrahmen Statt einer universellen Größentabelle.
| Anforderungen an die Kühlung | Ursprüngliche Planungsrichtung |
|---|---|
| Wärmerückhaltevermögen | Kleinerer flexibler Schlauch kann ausreichen |
| Wärmebelastung durch mittlere Lagerräume | Medium ID mit kontrolliertem Druckabfall |
| Wärmebelastung hoher Lagerräume | Größere ID / niederohmige Baugruppe |
| Lange CDU-zu-Rack-Route | Achten Sie besonders auf den Druckverlust |
| Kompaktgestell | Priorisieren Sie Flexibilität und Biegeradius |
| Hochdurchsatz | Bewerten Sie Schlauch + UQD + Fitting als System |
| Hochreines Kühlmittel | Bewertung der Fluorpolymeroptionen |
| Brandschutzanforderungen | Betrachten Sie spezielle feuerfeste Schlauchkonstruktionen |
17. Material und Größe müssen gemeinsam ausgewählt werden
Schlauchgröße kann nicht vollständig von Schlauchkonstruktion getrennt werden.
| Material | Überlegungen |
|---|---|
| EPDM | Oft attraktiv für wasserbasierte Kühlung, flexible Regalverbindungen, allgemeine Kühlung von Rechenzentren |
| Silikon | Kann in Betracht gezogen werden, wo Flexibilität wichtig ist und die Temperaturleistung anspruchsvoll ist |
| PTFE / PFA | Geeigneter für Anwendungen, bei denen chemische Beständigkeit, hohe Reinheit oder spezielle Kühlmittelverträglichkeit wichtig sind |
18. CJAN Flüssigkühlschlauchoptionen
Die aktuelle Website von CJAN identifiziert Flüssigkühlschlauch/LCH als dediziertes Produkt für flüssige Kühlsysteme in Rechenzentren.
Das aktuelle Produktportfolio umfasst außerdem:
- LCH - für allgemeine Flüssigkeitskühlanwendungen
- LCH-SD – Feuerfester EPDM-Schlauch für Anwendungen zur Flüssigkeitskühlung in Rechenzentren
- LCH‐SDS Ultraflexibler feuerbeständiger EPDM-Schlauch für Anwendungen zur Flüssigkeitskühlung in Rechenzentren
- CJFLEX HAT – Luftdichtschlauch für IDC-Flüssigkühlsysteme
Übersicht über die Produktarchitektur:
Das endgültige Modell sollte weiterhin nach den tatsächlichen Durchfluss-, Druck-, Temperatur-, Kühlmittel- und Installationsanforderungen des Kunden ausgewählt werden.
19. Fragen an einen Schlauchlieferanten
Wenn Sie ein Angebot anfordern, sollten Ingenieure mehr als: "Bitte zitieren Sie einen 1 Zoll flüssigen Kühlschlauch."
Ein besseres RFQ beinhaltet:
Kühlmittel:
Betriebstemperatur:
Maximale Temperatur:
Betriebsdruck:
Erforderlicher Flow:
Schlauch-ID / Verbindung:
Erforderliche Länge:
Beugungsradius:
Fitting Type:
Quick Disconnect: Ja / Nein
Feuerbeständigkeit: erforderlich / nicht erforderlich
Menge:
Diese Informationen ermöglichen es dem Lieferanten, eine realistische Konfiguration zu empfehlen, anstatt einfach einen Nenndurchmesser anzupassen.
Gemeinsame Schlauchgrößenfehler
| # | Fehler | Konsequenzen |
|---|---|---|
| 1 | Passender Schlauchdurchmesser zur Portgröße | Ein passender Anschluss garantiert keine ausreichende hydraulische Leistung. |
| 2 | Ignorieren des Druckabfalls | Die Pumpe kann eine ausreichende Durchflussleistung, aber einen unzureichenden Druckabstand aufweisen. |
| 3 | UQD-Beschränkungen ignorieren | Eine restriktive UQD kann den Vorteil eines größeren Schlauchs ausgleichen. |
| 4 | Den Schlauch zu lang machen | Längere Wege erhöhen den Druckverlust und die Installationskomplexität. |
| 5 | Auswahl des größten verfügbaren Schlauchs | Überdimensionierung kann unnötige Kosten- und Installationsprobleme verursachen. |
| 6 | Ignorieren des Beugungsradius | Hydraulische Leistung und mechanische Installation müssen gemeinsam bewertet werden. |
Schlussfolgerung
Die Größe des flüssigen Kühlschlauchs sollte niemals auf eine einzige Frage reduziert werden, wie zum Beispiel:
"Wie groß ist der CDU-Hafen?"
Eine zuverlässige Auswahl beginnt mit dem Kühlbedarf und arbeitet durch das gesamte hydraulische und mechanische System:
Für KI-Rechenzentren wird dieser Ansatz mit zunehmender Rack-Leistungsdichte immer wichtiger.
Das aktuelle Portfolio von CJAN zur Flüssigkeitskühlung umfasst LCH, LCH-SD, LCH-SDS und CJFLEX HAT, so dass verschiedene Schlauchkonstruktionen entsprechend den Anforderungen des Projekts berücksichtigt werden können.
Das Schlüsselprinzip ist einfach:
