数据中心水冷系统温排水对水环境影响研究

张泉 熊磊 张荩文

湖南大学土木工程学院

0 引言

随着大数据时代的到来，我国数据中心的电耗在2015 年已达1000 亿度/年[1]，其中空调系统的能耗约占总能耗30%～50%[2-3]，减少数据中心空调能耗的重要性日益突出。利用水冷自然冷却制冷是减少能耗的方式之一，但是数据中心在利用自然水源冷却时会将大量的温排水直接排入自然水体中，致使收纳水体的温度升高。研究表明水体温度升高会导致水体溶氧量下降[4]和富营养化[5]，同时影响水生动植物的生存环境，甚至导致其大量死亡[6-7]。

本文以二维k-ε 两方程控制方程以及东江湖水文参数建立模型，使用流体力学模拟软件Fluent，对东江湖数据中心温排水排入水体后附近水域的温度分布进行计算，并对结果做了初步分析，得到了东江湖数据中心温排水对收纳水体的温度影响。

1 数学模型

1.1 计算区域概况

该模型数值模拟计算区域如图1 所示，以所选河段的河岸线为壁面边界，以取水口上游300 m 处为进口边界，以排水口下游1500 m 处为出口边界。该区域的河岸线垂直方向最大距离为1000 m，上下边界最大距离为1500 m，全长为1800 m。

图1 东江湖数据模拟区域示意图

1.2 数学模型

由于河流比较宽阔，河流深度与宽度相差很大，采用二维数值模拟温度扩散。本文采用稳态定常流动，在模拟时有以下假设：流体不可压缩；不考虑垂直方向的温度扩散；不考虑表面张力的影响。

河流流动处于湍流状态，控制微分方程包括连续性方程、动量方程、能量方程、湍流脉动动能k 方程、湍流能量耗散率ε 方程，同时考虑对流项、扩散项[8]。……