近年来,随着信息技术的快速发展,越来越多的行业通过建立数据中心存储重要数据以及开拓新型业务,因此确保数据中心安全稳定运行成为各行各业发展的关键。目前大多采用蓄冷技术作为数据中心的备用冷源,以备机房空调系统失效或停电之需。然而安置蓄冷水箱需要占用巨大空间,同时由于其储存的冷量是有限的,不能满足长时间的供冷需求。故本文针对一种以液氮作为换热工质的新型降温系统,通过模拟研究该系统对数据机房热环境的影响。首先归纳了适用于新型降温系统的翅片管换热器设计计算流程,总结计算过程中涉及到的准则关联式,尤其是管道内的两相流与沸腾传热过程。针对本文研究对象进行设计计算,机房总热量为43.76 kW,需要布置16根单根长9 m的翅片管,同时得到介质在不同换热区的换热量、换热管长以及流体对流换热系数等参数,作为边界条件应用于数值仿真模型。其次构建了新型降温系统仿真模型,包括物理模型建立、网格划分、材料参数与边界条件设置、网格无关性验证与模型验证等。翅片管内流动的低温液氮与机房环境的温差较大,换热器表面与机房、机柜等壁面的辐射换热不可忽略,故引入DO辐射模型。通过对比模拟与实验结果可以看出,不同测点的温度变化趋势基本一致,偏差在±10%以内,认为仿真模型是合理的。然后探究了系统不同翅片管布置方案对机房热环境的影响。通过模拟得到同一吊顶高度下不同水平布置方案、不同垂直布置方案以及其他整合方案下机房的热环境,研究结果表明将翅片管的单液区与两相区排布在热量积聚严重的位置,同时将部分翅片管置于机柜上方,其他布置于机柜两侧,这样得到的房间温度场与气流组织更加合理,而随着吊顶高度的增加,机房整体温度分布更加均匀,但机柜热源温度会逐渐升高,达到一定高度后会超过耐温限制。最后探究了系统在设计工况下连续运行时机房热环境的变化情况。根据实际项目中现有的制冷方式,模拟得到正常工况下机房的热环境,结果表明满足正常运行要求。当常规空调系统失效后,若机柜风扇保持运行,机柜下部热源在约415 s后升高至55℃,可以为机房管理人员提供一定的反应时间。事故工况后启动系统,结果表明策略三下房间逐时温度场是比较合理的。若采用策略二,系统在事故发生120 s内开启,从启动至达到稳态的整个过程中温度变化可以满足正常运行要求。