Come la lunghezza del tubo influisce sulla caduta della pressione nei sistemi di raffreddamento liquido

Quando gli ingegneri progettano un sistema di raffreddamento liquido per un data center AI, il diametro del tubo e la valutazione della pressione spesso ricevono un'attenzione immediata. La lunghezza del tubo merita la stessa considerazione. Anche quando due tubi hanno lo stesso diametro interno e la costruzione, il tubo più lungo generalmente crea una maggiore perdita di pressione attrito in condizioni operative paragonabili.

Ciò è importante in rack server AI, dove tubi flessibili collegano unità di distribuzione refrigeranti (CDU), collettori, connessioni server e piastre fredde.

Tuttavia, accorciare un tubo senza considerare il raggio di curvatura, il movimento delle attrezzature e l'accesso alla manutenzione possono creare nuovi problemi di installazione.

1. Che cosa è la caduta di pressione in un tubo di raffreddamento liquido?

La caduta della pressione è la riduzione della pressione dei fluidi, mentre il refrigerante viaggia attraverso un tubo o un altro componente in un circuito di raffreddamento.

In un tipico centro dati AI circuito di raffreddamento liquido, il percorso idraulico può includere:

Ogni componente lungo questo percorso può contribuire alla perdita totale della pressione. La lunghezza del tubo è quindi una parte di un problema di progettazione idraulica più grande.

2. Perché la lunghezza del tubo influisce sulla caduta di pressione?

Mentre il refrigerante si muove attraverso un tubo dritto, l'attrito si sviluppa tra il fluido e la parete interna. Più lungo il percorso di flusso, più possibilità c'è per la perdita di energia attrito.

Per la stessa costruzione del tubo, il diametro interno, il refrigerante e le condizioni di flusso, un tubo diritto più lungo generalmente produce una maggiore caduta di pressione attrito rispetto a una più corta.

Questo rapporto semplificato significa che la perdita di pressione attrito a senso stretto è proporzionale alla lunghezza quando le altre condizioni rilevanti rimangono invariate.

Ad esempio, l'aumento della lunghezza di un tubo di assemblaggio da 1 m a 2 m aumenterà generalmente la sua perdita di attrito dritto in condizioni altrimenti comparabili.

3. Come influenza la lunghezza del tubo AI Data Center Cooling

I sistemi di raffreddamento del data center di AI possono utilizzare più assiemi di tubo tra la CDU, collettori di rack e singoli componenti di raffreddamento. Anche se la perdita di pressione da un tubo può apparire modesta, la resistenza combinata del circuito completo può diventare importante.

L'eccessiva resistenza idraulica può aumentare la pressione che la pompa deve fornire per mantenere il flusso richiesto. Se la pompa non può fornire il punto di funzionamento richiesto, il flusso di raffreddamento può cadere sotto l'obiettivo di progettazione del sistema.

Le potenziali conseguenze di un progetto idraulico inutilmente restrittivo includono:

• Maggiore pressione della pompa.
• Potentemente maggiore consumo energetico della pompa, a seconda delle condizioni operative e dell'efficienza della pompa.
• Meno margine idraulico per raccordi, UQD e piastre fredde.
• Più difficile bilanciamento dei rami di raffreddamento paralleli.
• Riduzione della flessibilità quando il sistema viene ampliato o riconfigurato.

L'obiettivo non è quello di ridurre al minimo la lunghezza del tubo a qualsiasi costo, ma di raggiungere il flusso di refrigerante richiesto con una perdita totale accettabile e una geometria pratica dell'installazione.

4. Foro più corto vs. tubo più lungo

Nessuna opzione è automaticamente migliore in ogni installazione. La lunghezza appropriata dipende dal layout fisico, flusso richiesto, budget a goccia di pressione e requisiti di manutenzione.

5. Come stimare la caduta della pressione dalla lunghezza del tubo

Per l'ingegneria preliminare, i dati della pressione del produttore possono essere utili quando corrisponde al refrigerante, alla portata, alla temperatura e alla dimensione del tubo.

Se il produttore fornisce la perdita di pressione del tubo dritto per lunghezza dell'unità alle condizioni operative pertinenti, la perdita approssimata dell'attrito del tubo può essere stimata come segue:

Dove:

• ΔP_{tubo flessibile} è la caduta di pressione attrito del tubo dritto stimata.
• L è la lunghezza del tubo.
• Perdita di pressione per lunghezza unitaria è il valore previsto per le condizioni operative applicabili.

Per l'illustrazione, assumere un produttore fornisce un valore di perdita di pressione di 0,08 bar/m per un particolare tubo ad una portata specificata e temperatura refrigerante.

Queste cifre sono solo illustrative, non misurate dati del prodotto CJAN. La perdita di pressione effettiva deve essere determinata utilizzando i dati applicabili alla configurazione del tubo, del refrigerante, della temperatura, della portata e della connessione selezionata.

6. Perché la lunghezza del tubo non può essere valutato da solo

Un confronto di lunghezza è significativo solo quando altre condizioni importanti sono paragonabili. Varie variabili possono cambiare il risultato della pressione-goccia in modo significativo.

Diametro interno

Un diametro interno più piccolo produce una velocità di raffreddamento più elevata con la stessa portata e può aumentare la perdita di pressione attrito.

Leggi tutto: Diametro interno del tubo di raffreddamento liquido vs. portata: cosa gli ingegneri devono sapere.

Flusso di raffreddamento

Il rapporto preciso dipende dal regime di flusso, dalle proprietà dei fluidi e dalla geometria del tubo. I dati della pressione-drop devono essere controllati al flusso di progettazione richiesto piuttosto che ad una condizione di prova non correlata.

Leggi tutto: Come selezionare la giusta dimensione del tubo di raffreddamento liquido per i data center AI.

Viscosità refrigerante e temperatura

La viscosità del refrigerante influenza la resistenza al flusso. Poiché la viscosità può cambiare con la temperatura, i calcoli dovrebbero utilizzare proprietà fluide adeguate alle condizioni operative previste.

Costruzione del tubo

Il passaggio interno, le tolleranze dimensionali e la costruzione del tubo devono essere confermate utilizzando le specifiche del produttore.

Bends e Routing

Un tubo che segue un percorso complicato può sperimentare ulteriori perdite locali. Una curva troppo stretta può anche deformare il tubo e limitare la sua area di flusso efficace.

Leggi tutto: Fresatura del tubo di raffreddamento liquido: Come evitare i Kinks e l'eccessiva Bending.

7. Il costo nascosto della lunghezza del tubo eccessiva

L'eccessiva lunghezza del tubo fa più che aumentare la perdita di attrito del tubo retto.

• Il tubo supplementare può occupare lo spazio necessario per il flusso d'aria, la gestione dei cavi o l'accesso al servizio.
• I loop possono ostacolare l'accesso ai componenti server vicini.
• Le assemblee più lunghe possono richiedere un ulteriore supporto per mantenere un percorso di routing ordinato.
• Più lunghezza del tubo significa un maggior volume di refrigerante all'interno del tubo di assemblaggio.
• I percorsi più lunghi possono introdurre ulteriori opportunità per curve inutili e il contatto con attrezzature adiacenti.

Queste considerazioni sono particolarmente rilevanti nei rack server ad alta densità, dove la funzionalità e la prevedibile materia di routing affiancano le prestazioni idrauliche.

8. Perché un tubo estremamente corto può anche essere un problema

Può sembrare ragionevole rendere ogni tubo il più breve possibile. In pratica, un assemblaggio troppo corto può creare stress meccanico anche se la sua perdita di pressione dritto calcolato è bassa.

Un tubo eccessivamente corto può:

• Tirare su raccordi o punti di connessione.
• Forzare il tubo in una curva più stretta del raggio di curvatura minimo specificato.
• Introdurre la torsione durante l'installazione.
• Limitare il movimento quando l'apparecchiatura è installata o rimossa.
• Rendere l'ispezione di connessione e la sostituzione più difficile.

La lunghezza corretta deve quindi essere determinata dal percorso di installazione effettivo, non semplicemente dalla distanza tra due porte di connessione.

9. Includi connessioni UQD nel budget a pressione

Gli accoppiamenti UQD sono utilizzati nei sistemi di raffreddamento a liquido in cui i collegamenti possono essere disconnessi per il servizio o la sostituzione di apparecchiature.

Un tubo più corto non significa automaticamente un assemblaggio a bassa pressione se l'UQD selezionato, i raccordi o altri componenti creano restrizioni sostanziali.

Quando si esamina un tubo di assemblaggio, valutare il percorso di flusso completo, tra cui:

• Foro diametro interno e lunghezza.
• Geometria di montaggio e adattatore.
• Passo di flusso interno UQD.
• Restrizioni manipolabili e valvole.
• Caratteristiche a goccia a freddo.

Per la relativa guida, vedere Liquid Cooling Hose Scollegamenti rapidi: Come scegliere UQD Couplings per server AI.

10. Account sia per tubi di alimentazione che di ritorno

Un circuito di raffreddamento liquido contiene normalmente un percorso di alimentazione e un percorso di ritorno. Se entrambi i percorsi utilizzano assemblaggi flessibili, entrambi contribuiscono alla resistenza idraulica del sistema.

Per questo motivo, il calcolo della caduta di pressione di un solo tubo può sottovalutare la perdita legata al tubo attraverso il ciclo completo.

Se applicabile, gli ingegneri dovrebbero anche considerare rami paralleli, diverse lunghezze del tubo e variazioni nelle caratteristiche di pressione-goccia di apparecchiature connesse.

11. Come ottimizzare la lunghezza del tubo in Rack server AI

Un processo pratico di progettazione dovrebbe combinare calcoli idraulici con una revisione dell'installazione fisica.

Passo 1: Definire il flusso di raffreddamento richiesto

Determinare la portata di progetto per il circuito di raffreddamento o il ramo individuale. Il requisito dovrebbe derivare dal design del sistema di raffreddamento piuttosto che da un valore di flusso universale assunto.

Passo 2: Confermare il diametro interno del tubo

Controllare che l'ID selezionato supporti il flusso richiesto all'interno del budget disponibile a goccia.

Passo 3: Mappa il percorso di routine reale

Identificare le posizioni di connessione, gli ostacoli, le vie via cavo, il movimento delle attrezzature e l'accesso al servizio prima di finalizzare la lunghezza del tubo.

Passo 4: Controllare Minimo Bend Radius

Verificare che il percorso proposto soddisfi il raggio minimo di curva del produttore specificato e non introduca noci o eccessivo stress meccanico.

Passo 5: Includere connessioni e altre restrizioni

Account per UQD, raccordi, collettori, valvole e piastre fredde quando si stima la perdita di pressione del circuito completo.

Passo 6: Verificare l'assemblaggio completo

Se necessario, confermare le prestazioni di pressione-drop in condizioni di flusso rappresentativo e refrigerante.

12. Errori di progettazione della lunghezza del tubo comune

Mistake 1: Misura solo la distanza Straight-Line

Il percorso fisico potrebbe essere necessario per aggirare attrezzature, staffe o altri componenti. La lunghezza del tubo dovrebbe essere basata sul percorso di routing effettivo e la geometria del collegamento.

Errore 2: ignorare la linea di ritorno

Il tubo di ritorno contribuisce anche alla resistenza idraulica, valutando solo il lato di alimentazione può produrre una stima incompleta della perdita di pressione del cappio.

Mistake 3: Ridurre la lunghezza senza controllare il Radius Bend

Un tubo troppo corto può essere costretto ad una curva eccessivamente stretta, potenzialmente aumentando la resistenza e lo stress meccanico.

Errore 4: Ignorando UQD e Fitting Losses

La caduta di pressione totale dipende dal percorso di flusso completo, non solo dalla lunghezza del tubo flessibile.

Errore 5: Utilizzo della valutazione della pressione come sostituto per i dati idraulici

Il grado di pressione di un tubo descrive la sua capacità di pressione in determinate condizioni, non determina la caduta della pressione ad una determinata portata.

Leggi tutto: Goccia di pressione del tubo di raffreddamento liquido: Come Calcolarlo e controllarlo nei data center AI.

13. Selezione della lunghezza del tubo

14. Soluzioni per tubi di raffreddamento liquido CJAN

CJAN fornisce opzioni di tubo di raffreddamento liquido per il data center e applicazioni di gestione termica. La configurazione appropriata del prodotto e del montaggio deve essere selezionata in base al refrigerante effettivo, alla pressione di esercizio, alla temperatura, alla portata, ai requisiti di routing e di connessione.

Le opzioni relative ai prodotti includono:

• Tubo di raffreddamento liquido LCH
• Tubo di raffreddamento liquido LCH-SD
• Tubo di raffreddamento liquido LCH-SDS

Per la valutazione specifica del progetto, gli ingegneri dovrebbero fornire il refrigerante previsto, temperatura di esercizio, portata richiesta, pressione di lavoro, ID tubo, lunghezza stimata, tipo di connessione e layout di installazione.

Esplora la pagina delle applicazioni: Soluzioni di raffreddamento liquido CJAN.

Conclusioni

La lunghezza del tubo è un fattore importante nella caduta della pressione del sistema di raffreddamento liquido. In condizioni di funzionamento comparabili, le più lunghe erette producono generalmente una maggiore perdita di pressione attrito, mentre la lunghezza del tubo non necessaria può anche complicare l'installazione e la manutenzione.

Tuttavia, il tubo più corto possibile non è sempre la scelta migliore. Un assemblaggio deve mantenere il raggio di curva corretto, evitare tensione e torsione, ospitare il movimento delle attrezzature e fornire un adeguato accesso al servizio.

Per il raffreddamento liquido del data center AI, la lunghezza del tubo deve essere valutata insieme a diametro interno, portata, proprietà refrigeranti, raccordi, connessioni UQD e le caratteristiche di pressione-drop del circuito completo.