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

Dans un système de refroidissement du centre de données AI, le tuyau peut ressembler à un composant relativement simple. D'un point de vue hydraulique, cependant, chaque tuyau ajoute une résistance au flux de liquide de refroidissement.

Cette résistance devient importante lorsque plusieurs tuyaux, raccords, UQD, collecteurs et plaques froides sont connectés dans la même boucle de refroidissement.

Si la chute de pression est plus élevée que prévu, la pompe devra peut-être fonctionner à une pression plus élevée pour maintenir le débit requis. Dans un rack d'IA densément peuplé, même des pertes de pression relativement faibles entre les composants individuels peuvent devenir importantes lorsqu'elles sont répétées dans tout le système.

Cet article explique les principaux facteurs affectant la chute de pression du tuyau et comment les ingénieurs peuvent les évaluer lors de la conception du système de refroidissement liquide du serveur AI.

Pour le principe de fonctionnement de base du refroidissement liquide du centre de données AI, voir Comment fonctionne le refroidissement liquide dans les centres de données AI?.

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

La chute de pression est la réduction de la pression du fluide au fur et à mesure que le liquide se déplace dans le circuit d'écoulement.

Dans un tuyau de refroidissement liquide, la pression est perdue parce que le liquide de refroidissement mobile éprouve une résistance de la paroi du tuyau et des changements dans la trajectoire d'écoulement.

Pour une boucle de refroidissement simplifiée, la trajectoire hydraulique peut ressembler à ceci:

Chaque composant de cette trajectoire peut contribuer à la perte de pression totale.

Par conséquent, la chute de pression du tuyau doit être évaluée dans le cadre du système hydraulique complet plutôt que comme une spécification isolée.

2. Pourquoi la chute de pression compte dans le refroidissement du centre de données AI

Les serveurs AI peuvent exiger un débit de liquide de refroidissement important en raison de la charge thermique générée par les processeurs et les accélérateurs à haute performance.

À mesure que le débit du liquide de refroidissement augmente, la résistance hydraulique devient généralement plus importante.

Le système de refroidissement doit fournir un débit suffisant pour transporter la quantité de chaleur requise loin des composants électroniques.

En cas de perte de pression excessive dans le circuit, la pompe doit fournir une pression supplémentaire pour maintenir ce débit.

Cela ne signifie pas que le tuyau ayant le plus grand diamètre intérieur est toujours le meilleur choix. Le diamètre du tuyau, le débit du système, l'espace disponible, la taille du raccord et les exigences de chute de pression doivent être considérés ensemble.

3. Qu'est-ce qui détermine la chute de pression du tuyau de refroidissement liquide?

Plusieurs variables influencent la perte de pression d'un tuyau.

• Débit du liquide de refroidissement
• Diamètre intérieur du tuyau
• Longueur du tuyau
• Viscosité du liquide de refroidissement
• Densité du liquide de refroidissement
• Caractéristiques de la surface interne
• Géométrie du trajet du flux
• Bends et routage
• Conception de la connexion

Parmi ces facteurs, le débit, le diamètre intérieur et la longueur du tuyau sont souvent particulièrement importants pour comparer les configurations du tuyau.

4. Le débit a un impact direct

Lorsque plus de liquide de refroidissement doit passer par le même tuyau, la vitesse du fluide augmente.

Une vitesse plus élevée augmente généralement la résistance hydraulique.

C'est pourquoi un tuyau qui fonctionne correctement à un débit relativement faible peut créer une chute de pression beaucoup plus importante lorsque le système de refroidissement fonctionne à un débit plus élevé.

Pour cette raison, les fabricants devraient idéalement fournir des informations sur la chute de pression à des conditions d'écoulement définies plutôt que de ne fournir qu'un seul tuyau nominal.

5. Pourquoi le diamètre intérieur du tuyau compte

Le diamètre intérieur est l'une des dimensions de tuyau les plus importantes pour la performance hydraulique.

Pour le même débit de liquide de refroidissement, un passage interne plus petit entraîne une plus grande vitesse du fluide.

Un passage interne plus important peut réduire la vitesse et la résistance hydraulique, bien qu'il puisse augmenter la taille physique de l'ensemble.

Ceci est particulièrement important lorsque la boucle de refroidissement utilise des débits relativement élevés.

6. La longueur du tuyau contribue également à la perte de pression

Les tuyaux plus longs créent généralement plus de résistance au frottement que les tuyaux plus courts de même construction et de même diamètre intérieur.

Dans un rack AI, la différence peut sembler faible pour un tuyau. Cependant, un système peut contenir plusieurs tuyaux d'alimentation et de retour.

L'effet hydraulique total doit donc être pris en compte sur l'ensemble du circuit.

La longueur du tuyau doit être maintenue suffisamment longtemps pour permettre un accès correct à l'acheminement et à la maintenance, mais il faut éviter une longueur excessive inutile.

7. Les propriétés du liquide de refroidissement affectent la chute de pression

La chute de pression ne peut être évaluée avec précision sans connaître le liquide de refroidissement.

Différents réfrigérants peuvent avoir des caractéristiques de viscosité et de densité différentes.

Ces propriétés influencent le comportement hydraulique à l'intérieur du tuyau.

Par exemple, un liquide de refroidissement à base d'eau et un liquide de refroidissement contenant une concentration plus élevée de glycol peuvent se comporter différemment même lorsqu'ils traversent le même tuyau au même débit nominal.

8. La température peut changer les conditions hydrauliques

Les propriétés du liquide de refroidissement peuvent changer avec la température.

Parce que la viscosité peut varier en fonction de la température, le comportement de chute de pression d'une boucle de refroidissement peut également changer entre les conditions de fonctionnement.

C'est une des raisons pour lesquelles les données de chute de pression doivent être interprétées en même temps que la plage de température réelle de l'application.

9. Les courbures augmentent-elles la chute de pression?

Oui. Des changements dans la direction du débit peuvent contribuer à une résistance hydraulique supplémentaire.

Un tuyau acheminé avec plusieurs virages peut donc avoir un comportement de chute de pression différent d'un tuyau droit de même longueur nominale.

Dans la pratique, les ingénieurs devraient distinguer entre:

• Perte de friction le long de la longueur du tuyau
• Résistance supplémentaire causée par les virages
• Restriction causée par les accessoires
• Restriction causée par les QUQ

L'acheminement doit également respecter le rayon de courbure minimal spécifié par le tuyau.

Pour une discussion plus large sur l'acheminement et la sélection des tuyaux, voir Comment choisir le bon tuyau de refroidissement liquide pour les serveurs AI.

10. Les QUQ peuvent contribuer à la chute de pression totale

Dans de nombreux systèmes de refroidissement liquide utilisables, les UQD sont utilisés pour simplifier la connexion et la déconnexion des équipements.

Cependant, une DQU fait partie de la trajectoire hydraulique.

Sa géométrie de passage interne et de débit peut contribuer à la perte de pression.

Cela signifie que les ingénieurs devraient éviter d'évaluer le tuyau tout en ignorant le matériel de connexion.

Lors de la comparaison des différents ensembles de tuyaux, le cheminement complet fournit une référence technique plus utile que le tuyau seul.

11. Les raccords de tuyau devraient être inclus dans le calcul

Un ensemble de tuyaux contient normalement des raccords ou des composants de raccordement à une ou aux deux extrémités.

La géométrie interne de ces composants peut créer une résistance supplémentaire.

Un tuyau de taille nominale peut donc avoir une trajectoire de débit relativement restrictive si les composants de connexion ont un passage interne plus petit.

Lorsque la chute de pression est critique, les ingénieurs devraient examiner la trajectoire complète de raccordement depuis l'ID du tuyau jusqu'au raccord et à l'UQD.

12. Choix de la chute de pression et de la pompe sont connectés

La pompe doit fournir une pression suffisante pour surmonter la résistance hydraulique du circuit de refroidissement tout en maintenant le débit requis.

Une relation simplifiée peut être exprimée comme suit:

Le processus de sélection de la pompe est plus détaillé et dépend de l'architecture de refroidissement complète.

Néanmoins, minimiser la résistance hydraulique inutile peut rendre le système global plus facile à gérer.

13. Pourquoi un tuyau plus grand n'est pas toujours la meilleure réponse

Il est tentant de résoudre les problèmes de chute de pression simplement en augmentant le diamètre du tuyau.

Cette approche peut fonctionner dans certaines situations, mais elle n'est pas toujours pratique.

Un tuyau plus grand peut exiger:

• Accessoires plus grands
• Plus grands QUQ
• Plus d'espace d'installation
• Plus grand rayon de routage
• Différents ports collecteurs

Par conséquent, l'objectif d'ingénierie est normalement de trouver un équilibre approprié entre la performance hydraulique et l'intégration physique.

14. La chute de pression doit être envisagée à côté du rayon de bend

Un tuyau doit s'insérer dans l'espace disponible sans créer de flexion ou de clin d'oeil excessive.

Une configuration de routage très serrée peut modifier le passage efficace du flux.

Par conséquent, l'évaluation de la chute de pression doit être effectuée sur la configuration d'installation prévue dans la mesure du possible.

Le processus de sélection pratique devrait comprendre des exigences hydrauliques et mécaniques.

15. La cote de pression et la chute de pression sont différentes

Ces deux spécifications sont parfois confuses.

Pression nominale décrit la pression que le tuyau est conçu pour résister dans des conditions spécifiées.

Perte de pression décrit la perte de pression qui se produit lorsque le liquide de refroidissement traverse le tuyau.

Un tuyau peut avoir un indice de haute pression tout en produisant toujours plus de perte de pression que désiré à un débit particulier.

16. Comment les ingénieurs peuvent comparer différentes tailles de tuyau

Lors de l'évaluation des tailles de tuyau, utiliser les mêmes conditions de fonctionnement pour chaque candidat.

Une comparaison utile devrait maintenir la cohérence des variables suivantes :

• Refroidisseur
• Température du liquide de refroidissement
• Débit
• Longueur du tuyau
• Configuration de connexion

Les données résultantes peuvent ensuite être comparées de manière plus significative.

17. Un processus pratique d'évaluation de la pression-dépôt

Cette approche réduit le risque d'optimiser un composant tout en créant une restriction non intentionnelle ailleurs dans la boucle de refroidissement.

18. Comment la chute de pression est-elle liée à la densité du rack AI

À mesure que les systèmes informatiques d'IA deviennent de plus en plus intégrés, l'architecture de refroidissement peut devenir plus complexe.

Davantage de processeurs, de plaques froides et de points de connexion peuvent nécessiter des voies de refroidissement supplémentaires.

Cela peut augmenter le nombre de composants contribuant à la résistance hydraulique totale.

Pour les systèmes de refroidissement à haute densité, la gestion de la chute de pression devient donc un élément important de la conception du système.

19. La chute de pression devrait être évaluée au niveau du système

Un fournisseur de tuyau peut fournir des informations sur la chute de pression d'un tuyau particulier dans des conditions d'essai spécifiées.

Cette information est utile, mais elle ne représente pas la perte de pression de toute la boucle de refroidissement.

L'évaluation au niveau du système devrait comprendre :

• CDU
• Manipold
• Tuyau d'alimentation
• UQD
• Accessoires
• Plaque froide
• Tuyau de retour
• Autres restrictions de flux

Cette distinction est importante lorsqu'il s'agit de traduire les données des composants en une conception réelle de rack AI.

20. Quelles données devraient être demandées à un fournisseur de tuyau?

Lorsque la chute de pression est un paramètre de conception important, les ingénieurs doivent demander suffisamment d'information pour reproduire ou interpréter les conditions d'essai du fournisseur.

Les informations utiles comprennent:

• Diamètre intérieur du tuyau
• Longueur de l'essai
• Refroidisseur utilisé pour les essais
• Température du liquide de refroidissement
• Débit
• Résultat de la chute de pression
• Configuration de connexion

Sans les conditions d'essai, un numéro de chute de pression peut être difficile à appliquer directement à un autre système de refroidissement.

21. Options de tuyau de refroidissement liquide CJAN

CJAN fournit plusieurs configurations de tuyaux de refroidissement liquides qui peuvent être évaluées selon les exigences du système.

Actuellement CJAN LCH Tuyau de refroidissement liquide est conçu pour des applications de refroidissement liquide où les ingénieurs doivent considérer ensemble les exigences hydrauliques, thermiques et mécaniques.

D'autres configurations incluent: CJAN LCH-SD et CJAN LCH-SDS.

Le choix du produit doit être basé sur les exigences réelles en matière de liquide de refroidissement, de pression, de température, de débit, de dimensions et de raccordement.

22. Connecter l'analyse pression-dépôt avec la sélection du tuyau

La chute de pression ne doit pas être traitée comme un calcul isolé effectué après le choix du tuyau.

Il doit être inclus lors du processus initial de sélection du tuyau.

Le cadre de sélection élargi est couvert par Comment choisir le bon tuyau de refroidissement liquide pour les serveurs AI.

Ce processus tient compte de la compatibilité du liquide de refroidissement, du débit, de la pression, de la température, des dimensions du tuyau, du rayon de courbure, de l'environnement mécanique et des exigences de l'UQD.

23. Baisse de pression dans un tuyau de refroidissement liquide réel

Le tuyau fini peut se comporter différemment d'une simple longueur droite.

Par exemple, un assemblage typique peut comprendre:

Chaque section peut influencer le résultat hydraulique final.

Pour cette raison, les essais de prototype ou de montage peuvent être utiles lorsque le système de refroidissement a des exigences hydrauliques strictes.

24. Cinq erreurs courantes dans l'évaluation pression-dérap

Erreur 1: Ne regarder que le diamètre du tuyau

Le diamètre compte, mais il ne décrit pas toute la trajectoire hydraulique.

Erreur 2: Ignorer le débit

Il est difficile d'interpréter les données de chute de pression sans condition de débit définie.

Erreur 3: Ignorer les QUQ

Les QUQ font partie du chemin d'écoulement et peuvent contribuer à une résistance supplémentaire.

Erreur 4: Ignorer la température du liquide de refroidissement

Les propriétés du liquide de refroidissement peuvent varier en fonction de la température, ce qui affecte le comportement hydraulique.

Erreur 5 : Évaluer seulement un tuyau droit

L'installation finale peut contenir des coudes, des raccords et des composants de raccordement qui modifient la perte de pression réelle.

25. Une simple liste de contrôle de conception

Conclusion

La chute de pression du tuyau de refroidissement liquide est une considération au niveau du système dans le refroidissement du centre de données AI.

Débit, diamètre intérieur du tuyau, longueur du tuyau, propriétés du liquide de refroidissement, température, virages, raccords et UQD peuvent tous influencer la résistance hydraulique du circuit de refroidissement.

L'approche la plus utile est donc d'évaluer la trajectoire complète du liquide de refroidissement plutôt que de choisir un tuyau basé uniquement sur la pression nominale ou la taille nominale.

Pour les projets de refroidissement des serveurs AI, CJAN fournit des configurations de flexibles de refroidissement liquide LCH, LCH-SD et LCH-SDS qui peuvent être évaluées en fonction des exigences spécifiques de l'application.

Lorsque vous demandez une recommandation de tuyau, fournir le liquide de refroidissement, le débit, la pression, la température, les dimensions du tuyau et la configuration du raccordement donne au fournisseur une base beaucoup plus solide pour l'évaluation technique.

Pour plus d'informations, visitez le site CJAN Solutions de refroidissement liquide ou de revoir la CJAN LCH Tuyau de refroidissement liquide.