Comment la longueur du tuyau affecte la chute de pression dans les systèmes de refroidissement liquide

Lorsque les ingénieurs conçoivent un système de refroidissement liquide pour un centre de données d'IA, le diamètre du tuyau et l'indice de pression reçoivent souvent une attention immédiate. La longueur du tuyau mérite la même considération. Même lorsque deux tuyaux ont le même diamètre intérieur et la même construction, le tuyau plus long crée généralement plus de perte de pression de frottement dans des conditions de fonctionnement comparables.

Ceci est important dans les racks de serveur AI, où les flexibles relient les unités de distribution de liquide de refroidissement (CDU), les collecteurs, les connexions de serveur et les plaques froides.

Réduire la longueur inutile du tuyau peut aider à contrôler la chute de pression. Cependant, raccourcir un tuyau sans envisager le rayon de virage, le mouvement de l'équipement et l'accès à la maintenance peuvent créer de nouveaux problèmes d'installation.

1. Qu'est-ce que la chute de pression dans un tuyau de refroidissement liquide?

La baisse de pression est la réduction de la pression du fluide lorsque le liquide de refroidissement traverse un tuyau ou un autre composant d'un circuit de refroidissement.

Dans un circuit de refroidissement liquide typique du centre de données AI, la trajectoire hydraulique peut comprendre:

Chaque composant le long de cette trajectoire peut contribuer à la perte de pression totale. La longueur du tuyau est donc une partie d'un problème de conception hydraulique plus grand.

2. Pourquoi la longueur du tuyau affecte-t-elle la chute de pression?

Au fur et à mesure que le liquide se déplace dans un tuyau droit, le frottement se développe entre le fluide et la paroi interne. Plus le chemin d'écoulement est long, plus il y a de possibilités de perte d'énergie par frottement.

Pour la même construction de tuyau, le diamètre intérieur, le liquide de refroidissement et les conditions de débit, un tuyau droit plus long produit généralement une plus grande chute de pression de frottement qu'un tuyau plus court.

Cette relation simplifiée signifie que la perte de pression de frottement du tuyau droit est proportionnelle à la longueur lorsque les autres conditions pertinentes restent inchangées. Il s'agit d'un principe de comparaison et non d'une formule de calcul universelle pour chaque régime de refroidissement et de débit.

Par exemple, l'augmentation de la longueur d'un tuyau de 1 m à 2 m accroîtra généralement sa perte de frottement du tuyau droit dans des conditions comparables par ailleurs. La chute de pression exacte doit encore être déterminée à partir du débit réel, de l'ID du tuyau, des propriétés du fluide et des données du fabricant ou d'un calcul hydraulique validé.

3. Comment la longueur du tuyau influence le refroidissement du centre de données AI

Les systèmes de refroidissement du centre de données AI peuvent utiliser plusieurs flexibles entre le CDU, les collecteurs de rack et les composants individuels de refroidissement.

Une résistance hydraulique excessive peut augmenter la pression que la pompe doit fournir pour maintenir le débit requis. Si la pompe ne peut pas fournir le point de fonctionnement requis, le débit du liquide de refroidissement peut tomber sous la cible de conception du système.

Les conséquences potentielles d'une conception hydraulique inutilement restrictive comprennent :

• Pression de la pompe plus élevée.
• La consommation d'énergie de la pompe est potentiellement plus élevée, selon les conditions de fonctionnement et l'efficacité de la pompe.
• Moins de marge hydraulique pour raccords, UQD et plaques froides.
• Équilibre plus difficile des branches de refroidissement parallèles.
• Une flexibilité réduite lorsque le système est élargi ou reconfiguré.

L'objectif n'est pas de minimiser la longueur du tuyau à tout prix. Il est d'atteindre le débit de liquide de refroidissement requis avec une perte de pression totale acceptable et la géométrie pratique de l'installation.

4. Tuyau plus court contre tuyau plus long

Aucune des deux options n'est automatiquement meilleure dans chaque installation. La longueur appropriée dépend de la disposition physique, du débit requis, du budget de chute de pression et des besoins de maintenance.

5. Comment estimer la chute de pression de la longueur du tuyau

Pour l'ingénierie préliminaire, les données de chute de pression du fabricant peuvent être utiles lorsqu'elles correspondent au liquide de refroidissement, au débit, à la température et à la taille du tuyau.

Si le fabricant fournit une perte de pression de tuyau par unité de longueur aux conditions de fonctionnement pertinentes, la perte approximative de frottement du tuyau peut être estimée comme suit:

où:

• ΔP_tuyau est la chute de pression de frottement du tuyau droit estimée.
• L est la longueur du tuyau.
• Perte de pression par unité de longueur est la valeur fournie pour les conditions d'exploitation applicables.

À titre d'illustration seulement, supposons qu'un fabricant fournit une valeur de perte de pression de 0,08 bar/m pour un tuyau particulier à un débit spécifié et à une température de liquide de refroidissement.

Ces chiffres ne sont qu'illustratifs et ne mesurent pas les données sur les produits CJAN. La perte de pression réelle doit être déterminée à l'aide des données applicables au tuyau, au liquide de refroidissement, à la température, au débit et à la configuration du raccord.

6. Pourquoi la longueur du tuyau ne peut être évaluée seul

Une comparaison de longueur n'est significative que lorsque d'autres conditions importantes sont comparables. Plusieurs variables peuvent modifier le résultat de chute de pression de façon significative.

Diamètre intérieur

Un diamètre intérieur plus petit produit généralement une vitesse de refroidissement plus élevée au même débit et peut augmenter la perte de pression de frottement.

En savoir plus : Diamètre intérieur du tuyau de refroidissement liquide par rapport au débit : Ce que les ingénieurs doivent savoir.

Débit du liquide de refroidissement

La perte de pression augmente généralement à mesure que le débit augmente. La relation précise dépend du régime de débit, des propriétés du fluide et de la géométrie du tuyau.

En savoir plus : Comment choisir la bonne taille de tuyau de refroidissement liquide pour les centres de données AI.

Viscosité et température du liquide de refroidissement

La viscosité du liquide de refroidissement influence la résistance au débit. Comme la viscosité peut changer avec la température, les calculs doivent utiliser des propriétés de fluide appropriées aux conditions de fonctionnement attendues.

Construction du tuyau

Le passage intérieur, les tolérances dimensionnelles et la construction du tuyau doivent être confirmés selon les spécifications du fabricant.

Bends et routage

Un tuyau qui suit une route compliquée peut subir des pertes locales supplémentaires. Un virage trop serré peut également déformer le tuyau et limiter sa zone d'écoulement efficace.

En savoir plus : Routage du tuyau de refroidissement liquide: Comment éviter les kinks et la flexion excessive.

7. Le coût caché de la longueur excessive du tuyau

La longueur excessive du tuyau augmente plus que la perte de frottement du tuyau droit.

• Un tuyau supplémentaire peut occuper l'espace nécessaire pour le débit d'air, la gestion des câbles ou l'accès au service.
• Des boucles éloignées peuvent entraver l'accès aux composants du serveur à proximité.
• Des assemblages plus longs peuvent nécessiter un support supplémentaire pour maintenir un chemin de routage ordonné.
• Plus de longueur du tuyau signifie un plus grand volume de liquide de refroidissement à l'intérieur du tuyau.
• Des routes plus longues peuvent offrir davantage de possibilités de virages inutiles et de contact avec des équipements adjacents.

Ces considérations sont particulièrement pertinentes dans les racks de serveurs à haute densité, où la fonctionnalité et le routage prévisible sont importants parallèlement aux performances hydrauliques.

8. Pourquoi un tuyau extrêmement court peut aussi être un problème

Il peut sembler raisonnable de rendre chaque tuyau aussi court que possible. Dans la pratique, un montage trop court peut créer une contrainte mécanique même si sa perte de pression calculée en hauteur droite est faible.

Un tuyau trop court peut:

• Tirez sur les raccords ou les points de raccordement.
• Forcez le tuyau dans un pli plus serré que le rayon de pliage minimal spécifié.
• Introduire la torsion pendant l'installation.
• Restreindre les mouvements lorsque l'équipement est installé ou enlevé.
• Rendre l'inspection et le remplacement des connexions plus difficiles.

La longueur correcte doit donc être déterminée à partir du chemin d'installation réel, et non seulement à partir de la distance entre deux ports de connexion.

9. Inclure les connexions UQD dans le budget pression-dépôt

Les raccords UQD sont utilisés dans les systèmes de refroidissement liquide où les connexions peuvent devoir être déconnectées pour le service ou le remplacement de l'équipement.

Un tuyau plus court ne signifie pas automatiquement un montage à faible pression si l'UQD, les raccords ou d'autres composants choisis créent des restrictions substantielles.

Lors de l'examen d'un ensemble de tuyaux, évaluer l'écoulement complet, y compris:

• Diamètre intérieur et longueur du tuyau.
• Montage et géométrie de l'adaptateur.
• Passage d'écoulement interne de l'UQD.
• Restrictions au manifold et à la valve.
• Caractéristiques de chute de pression à froid.

Pour des conseils connexes, voir Déconnecte rapidement le tuyau de refroidissement liquide : Comment choisir les couplages UQD pour les serveurs AI.

10. Comptabiliser les frais d'approvisionnement et de retour

Une boucle de refroidissement liquide contient normalement un chemin d'alimentation et un chemin de retour. Si les deux chemins utilisent des flexibles flexibles, les deux contribuent à la résistance hydraulique du système.

Pour cette raison, le calcul de la chute de pression d'un seul tuyau peut sous-estimer la perte liée au tuyau sur toute la boucle.

Le cas échéant, les ingénieurs devraient également envisager des branches parallèles, des longueurs de tuyau différentes et des variations des caractéristiques de chute de pression des équipements connectés.

11. Comment optimiser la longueur du tuyau dans les racks de serveur AI

Un processus de conception pratique devrait combiner des calculs hydrauliques et un examen de l'installation physique.

Étape 1: Définir le débit de liquide de refroidissement requis

Déterminer le débit de conception du circuit de refroidissement ou de chaque branche. L'exigence devrait provenir de la conception du système de refroidissement plutôt que d'une valeur de débit universelle supposée.

Étape 2: Confirmer le diamètre intérieur du tuyau

Vérifiez que l'ID sélectionné prend en charge le flux requis dans le budget de chute de pression disponible.

Étape 3: Carter le chemin d'acheminement réel

Identifier les emplacements de raccordement, les obstacles, les voies de câbles, le mouvement de l'équipement et l'accès au service avant de finaliser la longueur du tuyau.

Étape 4: Vérifier le rayon de courbure minimal

Vérifier que la route proposée respecte le rayon de courbure minimal spécifié par le constructeur et qu'elle n'entraîne pas de virages ou de contraintes mécaniques excessives.

Étape 5 : Inclure les connexions et autres restrictions

Compte pour les UQD, raccords, collecteurs, vannes et plaques froides lors de l'estimation de la perte de pression du circuit complet.

Étape 6 : Vérifier l'assemblée complète

Au besoin, confirmer l'efficacité de la chute de pression dans des conditions de débit et de liquide de refroidissement représentatives.

12. Erreurs de conception de la longueur du tuyau

Erreur 1: Mesurer seulement la distance droite

L'itinéraire physique peut devoir contourner l'équipement, les crochets ou d'autres composants. La longueur du tuyau doit être basée sur le chemin de routage réel et la géométrie de connexion.

Erreur 2: Ignorer la ligne de retour

Le tuyau de retour contribue également à la résistance hydraulique. L'évaluation seulement du côté de l'offre peut produire une estimation incomplète de la perte de pression de la boucle.

Erreur 3: Réduire la longueur sans vérifier le rayon de bend

Un tuyau trop court peut être forcé à une courbe trop serrée, ce qui peut accroître la résistance et la contrainte mécanique.

Erreur 4 : Ignorer la QU et les pertes de montage

La chute de pression totale dépend de la trajectoire d'écoulement, et pas seulement de la longueur du tuyau flexible.

Erreur 5 : Utilisation de la cote de pression comme substitut pour les données hydrauliques

L'indice de pression d'un tuyau décrit sa capacité de pression dans des conditions spécifiées. Il n'établit pas la chute de pression à un débit donné.

En savoir plus : Perte de pression du tuyau de refroidissement liquide: Comment calculer et le contrôler dans les centres de données AI.

13. Liste de contrôle de sélection de la longueur du tuyau

14. Solutions de tuyau de refroidissement liquide CJAN

CJAN offre des options de tuyau de refroidissement liquide pour les applications de datacenter et de gestion thermique. La configuration appropriée du produit et de l'assemblage doit être choisie en fonction des exigences réelles du liquide de refroidissement, de la pression de fonctionnement, de la température, du débit, du routage et du raccordement.

Les options de produits connexes comprennent :

• Tuyau de refroidissement liquide LCH
• Tuyau de refroidissement liquide LCH-SD
• Tuyau de refroidissement liquide LCH-SDS

Pour l'évaluation spécifique au projet, les ingénieurs devraient fournir le liquide de refroidissement prévu, la température de fonctionnement, le débit requis, la pression de fonctionnement, l'ID du tuyau, la longueur estimée, le type de raccordement et la disposition de l'installation.

Explorez la page d'application : CJAN Solutions de refroidissement liquide.

Conclusion

La longueur du tuyau est un facteur important dans la chute de pression du système de refroidissement liquide. Dans des conditions de fonctionnement comparables, les longueurs plus longues du tuyau droit entraînent généralement une plus grande perte de pression de frottement, tandis que la longueur inutile du tuyau peut également compliquer l'installation et l'entretien.

Cependant, le tuyau le plus court possible n'est pas toujours le meilleur choix. Un ensemble doit conserver le bon rayon de virage, éviter la tension et la torsion, accueillir le mouvement de l'équipement et fournir un accès de service approprié.

Pour le refroidissement liquide du centre de données AI, la longueur du tuyau doit être évaluée avec le diamètre intérieur, le débit, les propriétés du liquide de refroidissement, les raccords, les raccords UQD et les caractéristiques de chute de pression du circuit complet.