總第254期計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程VoL 38 No. 122010年第12期Computer& Digital EngineeringATCA服務(wù)器散熱系統(tǒng)的熱仿真分析王開(kāi)新嵐?)張瓊2(中國(guó)人民解放軍駐710廠軍事代表室)武漢430010)(武漢數(shù)字工程研究所武漢430074)摘要抗惡劣環(huán)境ATCA服務(wù)器是否能夠承受溫度沖擊直接影響著產(chǎn)品的可考性。為了確定ATCA加固服務(wù)器在環(huán)境溫度急劇變化時(shí)的適應(yīng)性,對(duì)該設(shè)備的散熱系統(tǒng)進(jìn)行了熱仿真分析,并對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞ATCA服務(wù)器;散熱系統(tǒng);熱仿真分析中圖分類(lèi)號(hào)TP39Thermal Simulation Analysis of the Heat Rejection System of ATCA ServerWang Kaixin" Qin Lan ZharRepresentative Office of the PLA in 710 Factory, Wuhan 430010)Wuhan Digital Engineering Institute, Wuhan 430074)bstract Whether a severe environment ATCa server can endure temperature shock affects directly the reliability ofproducts. In order to confirm the adaptability of the atCa server when the environment temperature changes sharply, thispaper introduces the thermal simulation analysis process of the heat rejection system of ATCA server.Key Words ATCA server, heat rejection system, thermal simulation analysisClass Number TP3931引言高速數(shù)據(jù)傳輸;具有高級(jí)智能化管理,保證高可用性。能夠解決高性能計(jì)算目前主要面臨的系統(tǒng)帶ATCA是一種全開(kāi)放、可互操作的電信工業(yè)標(biāo)寬問(wèn)題、高可用性問(wèn)題、現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)問(wèn)題、可伸縮性問(wèn)準(zhǔn),為新一代融合電信及數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供一個(gè)高題、可管理性問(wèn)題以及可互操作問(wèn)題,并最終降低性?xún)r(jià)比的、基于模塊化結(jié)構(gòu)的、兼容的、并可擴(kuò)展的成本硬件架構(gòu),可以滿(mǎn)足數(shù)據(jù)處理服務(wù)器的各種應(yīng)用需基于ATCA規(guī)范的集群服務(wù)器,其機(jī)箱內(nèi)部有求。ATCA規(guī)范的一個(gè)主要目標(biāo)就是確保實(shí)現(xiàn)最12個(gè)服務(wù)器模塊槽位、2個(gè)交換模塊槽位。服務(wù)器短的平均故障恢復(fù)時(shí)間(MTTR)和最長(zhǎng)的平均故模塊、交換模塊采用計(jì)算與I/O相分離的設(shè)計(jì),增強(qiáng)障間隔時(shí)間(MTBF),從硬件、操作系統(tǒng)、中間件、了服務(wù)器對(duì)外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的適應(yīng)能業(yè)務(wù)應(yīng)用、系統(tǒng)管理等各層面分級(jí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高可力,可以根據(jù)需求選擇不同的IO,組合不同的網(wǎng)絡(luò)靠性,保障用戶(hù)業(yè)務(wù)和應(yīng)用的高可靠運(yùn)行。ATCA存儲(chǔ)功能模塊,從而適應(yīng)業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)資源的需的特色是提供“可靠性、可用性、使用性”(RAS)的求變化;支持 Linux、 Windows操作系統(tǒng),兼容當(dāng)前主服務(wù),采用先進(jìn)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)高速串行通信結(jié)構(gòu),支持流的32位應(yīng)用并提供向64位應(yīng)用擴(kuò)展的能力適多種高速串行通信技術(shù)。具有更大的板卡規(guī)格和應(yīng)未來(lái)64位普及應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì);堅(jiān)持相互兼容的容量更高的背板帶寬對(duì)板卡有更嚴(yán)格的管理和設(shè)計(jì)思想可以在舊系統(tǒng)中擴(kuò)容技術(shù)領(lǐng)先的新產(chǎn)品,控制能力、更高的供電能力以及更強(qiáng)的制冷能力從而適應(yīng)服務(wù)器技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)等,可以實(shí)現(xiàn)高性能高速計(jì)算,支持板卡到板卡的中國(guó)煤化工器件制造過(guò)程CNMHG·收稿日期:2010年6月5日,修回日期:2010年7月10日作者簡(jiǎn)介:王開(kāi)新男,碩士研究生,工程師,研究方向:電子工程技術(shù)2010年第12期計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程引入先進(jìn)的生產(chǎn)過(guò)程控制和嚴(yán)格的檢測(cè),從根本上位體積的質(zhì)量密度,c為比熱,表示時(shí)間,K是材保證整個(gè)系統(tǒng)的高可靠性;核心部件采用冗余設(shè)料在指定空間方向上的熱傳導(dǎo)率張量分量,對(duì)各向計(jì),支持熱插拔;機(jī)箱管理板1+1冗余,通過(guò)管理同性材料熱傳導(dǎo)率在各方向上保持同一常數(shù)?？偩€對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)部件的性能、狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和管在ATCA服務(wù)器的結(jié)構(gòu)外表面上通常可建立理,可以幫助用戶(hù)迅速發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題,并且針對(duì)四類(lèi)不同邊界條件:可能發(fā)生的故障在其對(duì)系統(tǒng)造成影響之前向管理1)表面rr上的給定溫度:員發(fā)出警告,有效地避免故障的發(fā)生;管理總線、T=T(i,t)Base數(shù)據(jù)總線和 Fabric數(shù)據(jù)總線都采用雙星型冗這一溫度邊界可能隨空間位置和時(shí)間的不同余設(shè)計(jì)保證系統(tǒng)各種總線無(wú)單點(diǎn)故障;管理平面而變化。和業(yè)務(wù)平面相互獨(dú)立、完全隔離,保證了平臺(tái)的維2)在r邊界上給定熱流強(qiáng)度的邊界條件:護(hù)管理不能訪問(wèn)到業(yè)務(wù)平面數(shù)據(jù),從而保護(hù)了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的安全,同時(shí)故障不互相影響提高了系統(tǒng)的可靠性;采用自動(dòng)功率控制電子防誤插等先進(jìn)的其中示表示r的外法線方向。q(x,x)是隨空間位安全保障技術(shù),可以防止電源過(guò)載、避免單板插入置和時(shí)間變化的給定熱流強(qiáng)度值。錯(cuò)誤的槽位。3)在r邊界上給定對(duì)流的邊界條件:ATCA通過(guò)存儲(chǔ)機(jī)箱輸入功率、電壓饋電和其g=h(Tr-To它變量,降低由于背板故障而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的可能其中h是表面對(duì)流換熱系數(shù)。T是表面溫度,T性,進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。是對(duì)外界環(huán)境介質(zhì)溫度,對(duì)流換熱系數(shù)h通常是環(huán)境介質(zhì)的溫度及其它材料特性和結(jié)構(gòu)尺寸的復(fù)雜2問(wèn)題的提出函數(shù)隨著艦載指控系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、扁平化方向發(fā)4)在r邊界上給定熱輻射邊界:展,不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)傳輸與通訊服務(wù)都需要更加靈9=Eo(TF-Too)活可靠的通信計(jì)算平臺(tái)。由于商用ATCA服務(wù)器其中a是斯蒂芬·波爾茲曼常數(shù)。∈是表面輻射具備高性能,可擴(kuò)展性與高可靠性的架構(gòu)具有較率。T和T。分別是輻射表面溫度和系統(tǒng)輻射面大的背板面積,而且技術(shù)已經(jīng)成熟并且穩(wěn)定、成本進(jìn)行熱量交換的環(huán)境介質(zhì)溫度。低,因此,對(duì)商用ATCA服務(wù)器進(jìn)行一系列的后天除了上述四類(lèi)邊界條件類(lèi)型定義熱傳導(dǎo)方程加固后,它可以滿(mǎn)足惡劣環(huán)境下的使用需求。商用的邊界條件外,還需給定初始時(shí)刻的結(jié)構(gòu)溫度分ATCA服務(wù)器能耗高對(duì)使用環(huán)境的要求較高。因布,作為求解熱傳導(dǎo)方程式的初始條件此,對(duì)ATCA服務(wù)器的后天加固中,熱設(shè)計(jì)是一項(xiàng)r(x,0)=T。重要的內(nèi)容。在利用計(jì)算機(jī)仿真方法進(jìn)行傳熱分析時(shí),首先在對(duì)ATCA服務(wù)器的熱設(shè)計(jì)中由于電子設(shè)備的應(yīng)采用一系列熱傳導(dǎo)單元將結(jié)構(gòu)的連續(xù)區(qū)域進(jìn)行傳熱是導(dǎo)熱對(duì)流(自然對(duì)流十強(qiáng)迫對(duì)流)輻射以及熱離散,通過(guò)單元的插值形狀函數(shù)N,每個(gè)傳導(dǎo)單元管的傳熱等多種傳熱過(guò)程的耦合因此是一個(gè)相當(dāng)復(fù)的溫度均可表示為雜的過(guò)程。對(duì)于這樣復(fù)雜的工程問(wèn)題,采用專(zhuān)業(yè)的熱T(元,r)=EN()T(r)仿真軟件,為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)上式中,N(X)為熱傳導(dǎo)單元的插值形狀函數(shù),T(r)是結(jié)構(gòu)在離散的單元節(jié)點(diǎn)處與時(shí)間相關(guān)3熱傳導(dǎo)問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述的溫度。在惡劣環(huán)境下,ATCA服務(wù)器的散熱主要采用4ATCA服務(wù)器散熱系統(tǒng)的構(gòu)成傳導(dǎo)的方式,對(duì)于體積為V,表面積為r的連續(xù)介質(zhì)可建立能量守恒的微分方程如下:服各黑的撕執(zhí)縴由機(jī)箱和熱管散熱器組中國(guó)煤化工CaL+Q-pc arCNMHG的熱量被帶入熱管散熱器中并通過(guò)熱管與外部環(huán)境進(jìn)行熱量的交換。其中T為溫度Q為單位體積的熱生成率,P為單ATCA機(jī)箱內(nèi)部的散熱系統(tǒng)如圖2所示。王開(kāi)新等:ATCA服務(wù)器散熱系統(tǒng)的熱仿真分析第38卷熱管散熱器型的構(gòu)造質(zhì)量直接影響著分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。由部環(huán)境于ATCA服務(wù)器結(jié)構(gòu)及散熱系統(tǒng)的復(fù)雜性建立熱仿真模型時(shí),如果照搬實(shí)體模型,勢(shì)必造成有限元模型龐大復(fù)雜,有可能導(dǎo)致無(wú)法解算。因此,需豐風(fēng)機(jī)抽風(fēng)要進(jìn)行合理地簡(jiǎn)化。主機(jī)箱出風(fēng)在仿真工具中,用 block單元模擬熱管散熱器, plate單元模擬機(jī)箱內(nèi)部的前后插板。為減少網(wǎng)格的數(shù)目,將四個(gè)熱管散熱器、機(jī)箱內(nèi)部的前后TcA機(jī)箱機(jī)箱進(jìn)風(fēng)插板、機(jī)箱內(nèi)部的12個(gè)風(fēng)機(jī)均建成 assembly單元,創(chuàng)建非連續(xù)網(wǎng)格。模型如圖3所示。創(chuàng)建非連續(xù)網(wǎng)格后,生成單元數(shù)1680100,節(jié)點(diǎn)數(shù)1774659生成的網(wǎng)格如圖4所示。圖1ATCA機(jī)箱散熱系統(tǒng)構(gòu)成設(shè)置環(huán)境溫度為4℃。風(fēng)機(jī)為6000轉(zhuǎn),最大風(fēng)量7.2m3/min。機(jī)箱使用7個(gè)插槽,每塊前插板上均勻分布200W的熱量,每塊后插板上均勻分布插板30W的熱量。后插板ttI圖2ATCA內(nèi)部的散熱系統(tǒng)從圖中可以看出,風(fēng)扇框位于機(jī)箱的下部,單板插框的下面,支持在線維護(hù)和熱插拔。該風(fēng)扇框采用從下向上的吹風(fēng)散熱方式,對(duì)單板插框中的單板進(jìn)行吹風(fēng)散熱。機(jī)箱內(nèi)部的熱量從機(jī)箱的后上部排出。5熱仿真模型的建立在ATCA服務(wù)器的熱仿真分析中,最關(guān)鍵也圖3ATCA散熱系統(tǒng)圖4生成網(wǎng)格是最困難的就是合理地建立熱仿真模型,熱仿真模熱仿真模型中國(guó)煤化工圖5ATCA插件模塊圖6熱管溫度YHCNMHG的流體矢疊圖的溫度云圖(下轉(zhuǎn)第127頁(yè))2010年第12期計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程最大,調(diào)整公式如下:newR=0.393R+0.769G+0.189B6結(jié)語(yǔ)newG=0.349R+0.686G+0.168B利用 Photoshop將彩色圖像進(jìn)行灰度化藝術(shù)newB=0.272R+0.534G+0.131B處理,其方便、快捷、質(zhì)量好的特點(diǎn)得到了越來(lái)越多由此設(shè)想對(duì)一幅圖像做仿古灰度化時(shí),可先判的關(guān)注。本文在分析圖像灰度化的原理及 Photo斷R、G、B三分量中哪一個(gè)分量所占比例最大,相shop的處理方法的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了利用 Photoshop應(yīng)地對(duì)其采用較大的參數(shù)。在一幅以紅色為主的對(duì)彩色圖像進(jìn)行灰度化處理的方法,通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明圖像中采用上述公式,以及改變?nèi)至康恼{(diào)整參數(shù)了方法的有效性。并且R分量的調(diào)整參數(shù)最大,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所參考文獻(xiàn)[1]銳藝視覺(jué) Photoshop CS核心功能與特效應(yīng)用[M]北京:中國(guó)青年出版社,2008[2]范玉嬋張紀(jì)文. Photoshop C3中文版學(xué)習(xí)超級(jí)手冊(cè)[M].北京:電子工業(yè)出版社,200[3]陳倩.一種改進(jìn)的 Welsh灰度圖像彩色化算法[].武(a)R分量較大(b)B分量較大(a)源圖(b)模糊后的漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2009,22(11):151~153效果圖[4]張桂華,馮艷波,陸衛(wèi)東圖像處理的灰度化及特征區(qū)圖3R、G、B分量圖4模糊后的效果域的獲取[J.齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào),2007,23(4):49調(diào)整效果[5]周金和彭福堂.一種有選擇的圖像灰度化方法[門(mén)由圖3可知,上述設(shè)想是可行的,從人眼的感算機(jī)工程,2006,32(20):198~200覺(jué)來(lái)判斷圖3(b)的仿古化比(a)更具有真實(shí)感,[6]桑桑數(shù)字圖像藝術(shù)處理及應(yīng)用[D]上海:上海大學(xué),2009似乎圖像表面有一層模糊的褐色調(diào)?？梢赃M(jìn)一步[7] Photoshop通道圖層轉(zhuǎn)換黑白圖像[EB/OL].htp:調(diào)整亮度值,在感觀上改變圖像的存放時(shí)間,產(chǎn)生ech.ddvp.com/200706/118153942627041.hml歷史厚重感。2007-06-113)為加入模糊感覺(jué)?？上仍谠瓐D像中加入噪[8]用 Photoshop創(chuàng)建最佳黑白圖像的方法[EBOL].ht聲。再采用中值濾波做平滑處理,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4tp://techddvp.com/200707/118383407728827.ht所示。ml,2007-07-08(上接第76頁(yè))6結(jié)果及分析熱情況有直接和準(zhǔn)確的了解,且能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題并給予修改,使其滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。上述對(duì)在對(duì)上述模型進(jìn)行計(jì)算后,通過(guò)后處理,得到ATCA服務(wù)器散熱系統(tǒng)的熱仿真分析,展現(xiàn)了利用溫度分布云圖及流體矢量圖如圖5~圖7所示。熱分析軟件進(jìn)行電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)建模及仿真的全對(duì)ATCA服務(wù)器進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試,熱平衡后過(guò)程,為ATCA服務(wù)器散熱系統(tǒng)的熱設(shè)計(jì)提供了服務(wù)器各模塊的檢測(cè)溫度如表1所示。有價(jià)值的參考。表1檢測(cè)溫度表參考文獻(xiàn)插板序號(hào)23456環(huán)境檢測(cè)溫度℃62616463626240[1]余建祖電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)及分析技術(shù)[M]北京:高等根據(jù)上表,在環(huán)境溫度40℃時(shí),6個(gè)模塊平均教育出版社,2001溫度為62℃,對(duì)比仿真分析結(jié)果,40℃環(huán)境下模塊2]徐曉婷朱敏波,楊艷妮電子設(shè)備熱仿真分析軟件與最高溫度為69.8℃。因此計(jì)算仿真誤差為(69.8軟件應(yīng)用]電子工業(yè)技術(shù),2006(5[3]62)/62=12.6%。中國(guó)煤化工20603:53-58利用專(zhuān)業(yè)的電子設(shè)備熱分析軟件,可以快速得CNMHG真技術(shù)探討電268~275該設(shè)備的熱設(shè)計(jì)仿真分析結(jié)果。模擬出設(shè)備的溫[5]李琴,劉海東朱敏波熱仿真在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中度場(chǎng)分布以及熱點(diǎn)溫度,從而使設(shè)計(jì)者對(duì)設(shè)備的散的應(yīng)用[].電子工藝技術(shù),2006(3):165~167