Abdelmaksoud et al. (2013)이 측정한 개방형 통로 데이터센터의 랙 전·후면 온도 분포를 Boreas 계산과 비교했습니다. 같은 실험을 다룬 Dogan et al. (2022)의 OpenFOAM 결과도 참고 곡선으로 표시합니다.
실험과 계산 조건
실험 시설에는 랙 3개와 랙당 섀시 4개가 있습니다. 전체 랙 발열은 약 45 kW이고, 14 °C의 냉각 공기가 바닥 급기 영역에서 약 3.04 m³/s로 공급됩니다. 랙 전면과 후면의 여섯 수직선에서 측정한 온도를 급기 온도 대비 상승량으로 비교했습니다.
| 항목 | Boreas 설정 |
|---|---|
| 계산 영역 | 7.89 × 5.64 × 3.66 m, 바닥 플리넘 제외 |
| 랙 모델 | 3개 랙 × 4개 섀시, 전면 흡기·후면 배기와 섀시별 유량·발열 지정 |
| 격자 | 기본 셀 0.08 m, 표면 세분 띠 0.04 m, 약 46.7만 셀 |
| 시간 계산 | 간격 0.05 s, 총 300 s, 150~300 s 시간 평균 |
| 비교 모델 | upwind 이류 + LVEL 또는 chen 난류 모델 |
Boreas는 천공 타일 10개를 하나의 바닥 급기 영역으로, 각 섀시를 유량과 발열을 지정한 재순환 장치로 단순화했습니다. 따라서 타일 제트와 랙 개구의 세부 운동량은 직접 해상하지 않습니다.
실측 온도 분포와 비교
원은 실험 측정값, 파란색과 빨간색 실선은 각각 Boreas의 LVEL·chen 계산, 회색 점선은 Dogan et al. (2022)의 문헌 OpenFOAM 결과입니다. 그래프의 선은 동일한 측정 높이에서 얻은 값을 이은 것으로, 계산 격자의 모든 셀 값을 나타내는 연속 프로파일은 아닙니다.
랙 1
랙 1 전면. 가로축은 14 °C 급기 대비 온도 상승, 세로축은 바닥 위 높이입니다.
랙 1 후면.
랙 2
랙 2 전면. 중간 높이의 온도 상승 구간에서 계산과 실험의 차이가 드러납니다.
랙 2 후면.
랙 3
랙 3 전면.
랙 3 후면.
정량 결과
실험 측정점 111개 중 Boreas의 셀 중심 높이 범위에 있는 103개만 사용했습니다. 범위 밖의 점을 외삽하지 않았으며, OpenFOAM도 바로 이 103개 측정점에 맞춰 지표를 다시 계산했습니다. 오차는 계산값에서 실험값을 뺀 값입니다.
| 비교 자료 | 점 수 | 평균 절대 오차 MAE | RMSE | 평균 오차 | R² |
|---|---|---|---|---|---|
| Boreas · upwind + LVEL | 103 | 0.94 K | 1.36 K | +0.29 K | 0.953 |
| Boreas · upwind + chen | 103 | 0.99 K | 1.42 K | +0.52 K | 0.948 |
| OpenFOAM · Dogan et al. (2022) | 103 | 0.74 K | 1.03 K | +0.45 K | 0.973 |
이 케이스의 Boreas 여섯 이류·난류 조합 중에서는 upwind + LVEL의 MAE가 가장 낮았습니다. 다만 랙 2·3 전면의 온도 상승 위치에는 실험과 차이가 남습니다. 랙별 유량 가중 온도 상승은 발열과 유량으로 계산한 값인 약 9.95, 8.64, 9.87 K와 일치했습니다.
OpenFOAM 결과는 이번에 재실행한 값이 아니라 문헌에서 가져온 참고 자료입니다. Boreas와 OpenFOAM은 격자, 랙·급기 모델, 경계조건과 수치 구현이 같지 않으므로 표의 오차 차이를 동일 조건에서의 솔버 성능 순위로 해석할 수 없습니다.
참고문헌
- Abdelmaksoud, W. A., Dang, T. Q., Khalifa, H. E., and Schmidt, R. R. (2013). “Improved Computational Fluid Dynamics Model for Open-Aisle Air-Cooled Data Center Simulations.” Journal of Electronic Packaging, 135(3), 030901. DOI: 10.1115/1.4024766.
- Dogan, A., Yilmaz, S., Kuzay, M., and Demirel, E. (2022). “Development and validation of an open-source CFD model for the efficiency assessment of data centers.” Open Research Europe, 2:41. DOI: 10.12688/openreseurope.14579.1.