СТА №1/2017

97 СТА 1/2017 www.cta.ru В ЗАПИСНУЮ КНИЖК У ИНЖЕ Н Е РА ческую модель теплообменника (твёрдое тело–жидкость) односторонней платы водяного охлаждения для четырёх ПЛИС (в дальнейшем – водоблок), планируемой к примене- нию в составе систем водяного охлаждения (СВО) вычисли- тельной техники. Анализ должен быть выполнен методом ко- нечных элементов. Суть метода следует из его названия. Область, в которой ищется решение дифференциальных уравнений, разбивается на конечное количество подобластей (элементов). Целями исследования являются выявление оптимальных массогабаритных параметров платы водяного охлаждения и оценка эффективности водоблока. Основным требованием к массогабаритным параметрам изделия является сохранение оригинального 1U (4,445 см) форм-фактора вычислительно- го блока, то есть суммарная высота конструктива – закреп- лённая на корпусе вычислительная плата вместе с платой во- дяного охлаждения – не должна превышать 4,445 см. При этом разработанный водоблок должен эффективно отводить тепло суммарной мощности 600 Вт, а два блока соответствен- но должны отводить 1200 Вт от сервера в форм-факторе 1U. Целями проводимого конечно-элементного анализа явля- лись обоснование конструкторских решений, принятых при проектировании системы водяного охлаждения (СВО), об- основание её функциональной эффективности и выбор ра- циональных режимов функционирования. По результатам теоретического конечно-элементного ана- лиза устанавливается работоспособность СВО на основании принятых критериев эффективности, в случае необходимо- сти проводится уточнение конструкции теплообменника, его изготовление по трёхмерным моделям и натурные стендовые испытания СВО в сборе. К числу электронных компонентов вычислительной платы с наибольшим тепловыделением, требующих принудитель- ного охлаждения и обслуживаемых СВО, относятся: ● 4 процессора ПЛИС Vertex-7, максимальная мощность теп- ловыделения каждого 125 Вт; ● чипсет PEX8732, максимальная мощность тепловыделения 25 Вт; ● вспомогательные чипы, максимальная мощность тепловы- деления 5 Вт. Расчёт проводится для предельного случая с общей мощ- ностью тепловыделения 550 Вт. В результате проведённого анализа была выбрана опти- мальная физическая форма для платы водяного охлаждения, предназначенной для охлаждения одной вычислительной платы RC-47 путём отвода тепловой энергии от ключевых эле- ментов и передачи её охлаждающей жидкости (ОЖ), про- качиваемой через водоблок (рис. 2). Водоблок состоит из крышки, выполненной из латуни, теп- лосъёмных площадок (рис. 3), выполненных из меди, и нер- жавеющих пластин распределения потока, расположенных внутри изделия. Медные площадки имеют развитую тепло- обменную поверхность, расположенную над поверхностью тепловыделения охлаждаемых компонентов (ПЛИС). Разви- тая поверхность представляет собой мелкошаговое оребре- ние, выполненное по технологии деформирующего резания. Форма распределительной пластины (рис. 4) из нержавеющей стали способствует подаче теплоносителя по подающим ка- налам теплообменника через прорезь к зонам с максималь- ным тепловыделением с последующим оттоком по отводя- щим каналам. Рис. 1. Вычислительная плата, для которой разрабатывался теплоотвод Рис. 2. Трёхмерная модель блока охлаждения. Вид сверху Рис. 3. Трёхмерная модель блока охлаждения. Вид снизу Рис. 4. Внутренняя конструкция блока охлаждения