Refroidissement passif des datas centers : modélisation et expérimentation

Passive cooling of data centers : modeling and experimentation

• Auteur / Autrice : Chayan Nadjahi
• Direction : Hamid Gualous, Hasna Louahlia-Gualous
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 17/12/2018
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire universitaire des sciences appliquées de Cherbourg (1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Lounès Tadrist
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hamid Gualous, Hasna Louahlia-Gualous, Patrick Glouannec, Belkacem Zeghmati, Stéphane Le Masson
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Glouannec, Belkacem Zeghmati

Mots clés

Mots clés contrôlés

Centres de traitement informatique

Évaporation

Transfert de chaleur

Simulation par ordinateur

Refroidissement

Thermosiphons

Mots clés libres

Mini-canaux

Data center,

Passive cooling

Loop thermosyphon

Mini-channels

Numerical simulation

Heat transfer

Evaporation

Résumé

L'objectif de cette étude est de concevoir un système de refroidissement passif au sein d'un data center. La solution qui a été choisie est la boucle thermosiphon, combinant le free cooling et le refroidissement par changement de phase. Cette technologie offre de la simplicité et de la compacité. De plus, en l'associant avec des échangeurs de chaleur à micro-canaux, elle est capable d'absorber de grandes quantités de flux de chaleur avec un faible débit du réfrigérant. La boucle thermosiphon est composée d'un évaporateur à mini-canaux et à courants parallèles, d'un condenseur à air, d'un riser et d'un downcomer. Un prototype expérimental a été construit afin de caractériser les transferts de chaleur entre le réfrigérant et la chaleur créée. Des études expérimentales sont introduites. L'influence du taux de chargement et de la puissance électrique est détaillée et analysée. En parallèle, un modèle numérique a été développé pour prédire les caractéristiques du réfrigérant en fonction des paramètres géométriques et climatiques. Une comparaison avec les résultats expérimentaux est également effectuée. Enfin, la boucle thermosiphon est améliorée avec l'ajout d'un second évaporateur. Les tests sont effectués avec des puissances plus importantes. Une nouvelle conception d'une boucle thermosiphon et les limites du prototype sont présentées.

The objective of this study is to build a passive cooling system in a data center. The chosen solution is the loop thermosyphon, combining free cooling and two-phase cooling. This technology offers simplicity and compactness. Furthermore, by associating with micro-channels heat exchangers, it is able to remove higher heat fluxes while working with smaller mass flow rate of coolant. The thermosyphon is composed by mini-channel parallel-flow evaporator, an air condenser, a riser and a downcomer. The experimental setup has been built to characterize the heat transfer between the working fluid and the provided heat. An experimental study is introduced. The effect of the fill ratio and the input power is specified and analyzed. In parallel, a numerical model has been developed to predict the fluid properties in function of geometrical and climatic parameters. A comparison between experimental and numerical results is also carried out. Finally, the loop thermosyphon is upgraded with a second mini-channel parallel flow evaporator. Tests are conducted with huger heat flux. A new design of loop thermosyphon and the limits of the prototype are introduced.