Simdroid-EC创新破解液冷仿真困局
随着AI、云计算、大数据等技术的飞速发展，数据中心的算力不断提升，单机柜功率密度显著增大。这一趋势对散热和节能提出了更高要求，推动了浸没液冷技术的广泛应用。预计2025年有望成为液冷技术从1到10发展的转折点，特别是浸没式液冷技术有望呈现指数级增长。据测算，2025年中国液冷数据中心市场规模将达到1330.3亿元。
图1 液冷数据中心
面对高热流密度散热设计和混合冷却仿真的挑战，先进的仿真工具成为不可或缺的关键。
伏图-电子散热模块（Simdroid-EC）能够为数据中心、电力电子以及航空航天等高热力密度行业的液冷系统建立精确的液冷仿真模型，进行传导、对流和辐射共轭传热分析。通过多种高级功能，对层流和湍流进行建模，模拟复杂的流体网络和热交换器，帮助工程师深入理解冷却剂循环、压力损失以及热交换效率等关键因素。
图2 浸没液冷两相流服务器示意图
目前，单相冷板和浸没方案仿真技术已经在电子散热领域广泛应用，但在两相浸没液冷仿真方面却面临较大挑战，尚没有专门的电子散热软件能够系统地仿真两相流的整个动态过程。
针对这一仿真难题，云道智造的工程师采取了全新的思路，提出了一个简化、高效的仿真方法——从芯片发热源端出发，依据芯片的发热功耗推算冷凝液的蒸发量，根据牛顿冷却公式计算冷却液蒸发时的等效导热系数，从而评估散热片所需增加的散热面积，指导散热器的优化设计。在仿真过程中，Simdroid-EC通过类热管方式等效处理冷凝液沸腾部分，将热量有效传导至冷凝器端，进而得出芯片温度，满足两相流仿真的需求评估。
本文以某浸没液冷服务器为例，介绍Simdroid-EC的实现方法及功能亮点。
1. 便捷智能建模
通过Simdroid-EC导入接口和内置智能元件转换与建模功能，为服务器建立等效热模型。其核心是芯片表面等效冷凝液沸腾等效导热体处理。本案例通过在芯片上方直接建立高导热管并连接到冷凝器，确保导热体的热量直接传递到冷凝器端。
图3 浸没液冷服务器简化模型
2. 强大网格功能
Simdroid-EC具备跨尺度的正交六面体网格剖分能力，支持区域和八叉树两种剖分方式，能对数万量级模型进行快速稳定的网格剖分，支持数亿量级网格单元的剖分与显示。支持局部网格加密和全局网格自动控制。具备多种网格显示功能，对多流体液冷方案网格显示极为友好。
图4 网格功能
图5 局部网格设置
图6 多种网格显示
3. 高效求解计算
采用有限体积法求解器，支持流热耦合计算，提供高精度的离散计算方法以及高保真的仿真模拟，支持百核以上的高效并行计算。经过算法重构和云计算技术加持，其仿真偏差可控制在±2℃以内，且计算收敛性极好。此模型包含空气和冷却液两种流体，需开启多流体区功能来进行精确仿真。
图7 模型设置
4. 丰富后处理结果
针对电子散热设备特点，提供符合用户需求的结果统计分析模块，帮助用户对结果做出快速判断。支持云图、矢量图、流线图、动画等多种可视化功能，自动统计各个元件的平均温度、传热量、流量等数据，还可对比显示不同设计方案的差异。
图8 表面云图
图9 平面云图
图10 流线图
通过Simdroid-EC等效仿真，可快速得出500W CPU芯片在特定条件下的冷凝液中，维持95℃温度所需的等效导热系数为5000W/mk。根据此条件进一步设计散热器，可有效解决浸没液冷两相流仿真难题。
Simdroid-EC的成功应用，不仅验证了两相流等效仿真设计方案的可行性，也为用户在新兴领域和新材料的应用与研究提供了强大支持。
可登陆Simapps网站，申请试用仿真工具Simdroid-EC。
