Calcul CFD de divers systèmes de refroidissement au CERN Du détecteur au centre de donnés

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2 Calcul CFD de divers systèmes de refroidissement au CERN Du détecteur au centre de donnés 12 eme FORUM CADFEM EPFL Lausanne 8 Septembre 2015 Aniko Rakai CERN EN-CV, équipe CFD 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

3 Plan Présentation de l équipe CFD au CERN Expérience CAST Expérience SHIP Nouveau nœud de communication IT 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

4 CERN: Organisation européenne pour la recherche nucléaire Organisation européenne pour la recherche nucléaire 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

5 L équipe CFD au CERN Des calculs CFD sont effectués au CERN depuis 1992, l équipe CFD a été crée en 2004 au sein du groupe «Refroidissement et ventilation» du département Ingénierie; 2-3 personnes, boursiers ou étudiants techniques; Environ 4-6 projets réalisés tous les ans 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

6 Ressources de calcul Deux clusters: Cluster Linux Batch et CFD, 160 cœurs; Cluster Windows HPC, ~1000 cœurs; 10 licences de CFD et ~400 licences HPC. 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

7 CAST: CERN Axion Solar Telescope But de l expérience: trouver des axions émis par le soleil; Détails du point de vue CFD: o Conditions extrêmes (environ 1,83 K, mbar); o Modèle de 2,6 millions de cellules, une semaine de calcul sur 32 cœurs, par cas; o Un projet suivi depuis 2010; 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

8 Détecteur CAST T ~ 1.8 K 0.06 m ~ 0.1 m HORIZONTAL INCLINE 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

9 Analyse contribution de CFD Les résultats sont indispensables pour évaluer les données générées par l expérience, c.-à-d. le nombre d axions détectés, un calcul analytique n est pas réalisable. Les conditions limites sont les températures aux limites du domaine de calcul et la pression, le nombre de moles d hélium a été utilisé pour vérifier le calcul; Les propriétés de la vapeur He-3 à basse température sont celles de la base de donnée NIST (US National Institute of Standards and Technology); Un réglage du modèle a été effectué avec des mesures prises sous vide (sans hélium). 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

10 Densité [kg/m 3 ] Détecteur CAST Détecteur CAST Position le long de l axe [m] 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

11 Longueur cohérente [m] Détecteur CAST Détecteur CAST Angle d inclinaison [ ] 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

12 Cible de l expérience SHIP SHIP: Search for Hidden Particles; But de l expérience: déceler les particules cachées, voir au-delà du modèle standard; Détails du point de vue CFD: o But: extraire ~2 MJ d énergie par paquet de faisceau (20 MW/m 3 ) en gardant l eau de refroidissement loin des conditions de vaporisation, optimiser la géométrie; o o Modèle de 3 millions de cellules; 1 jour de calcul par cas; Projet CFD réalisé en collaboration avec le SHIP Target Task Force; 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

13 Cible de l expérience SHIP De: «SHiP target feasibility joint WG -Conceptual design of the SHiP Target and Target Complex (SHiP-TP-2015-A4)» (public) 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

14 Analyse contribution de CFD Les calculs analytiques ne permettent pas de prévoir les températures extrêmes et les coefficients de transfert de chaleur locaux pour choisir les conditions optimales et comparer différentes géométries. Liquide de refroidissement: eau sous pression de bars pour éviter la vaporisation et l érosion due à la grande vitesse de l eau; La dissipation d énergie des particules dans la cible est modélisée par Fluka, un logiciel du CERN, et est couplée à Fluent; La résolution du maillage à la couche limite est exigeant, particulièrement avec des calculs transitoires, la dépendance au maillage a été vérifiée. 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

15 Cible de l expérience SHIP 1 ère étape: Calcul stationnaire avec le système complet afin d avoir les profils de vitesse dans les passages verticaux. 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

16 Cible de l expérience SHIP 2 e étape: Calcul transitoire avec le système partiel pour pouvoir atteindre y + <1 afin de calculer précisément le transfert de chaleur. 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

17 Nouveau nœud de communication IT Détails du point de vue CFD: Confinement d allée chaude et modélisation des armoires rack. 2,5 millions cellules, temps de calcul: 2-4 heures par cas. 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

18 Analyse contribution de CFD Les simulations servent à localiser les points chauds à l entrée des serveurs et à réaliser des études de panne de ventilateur, ce qui n est pas possible avec des calculs analytiques. Le débit des serveurs est supposé constant, avec la condition limite «recirculation inlet» de Icepak; Etude de sensibilité aux fuites d air entre les racks électroniques Indicateur d efficacité énergétique (PUE power use effectiveness) très sensible à la qualité de construction. 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

19 Nœud de communication IT: 3 ventilateurs en fonction Sorties Points chauds Trois entrées de l air de refroidissement Deux allées chaudes confinées 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

20 Nœud de communication IT : 1 ventilateur en panne Nouveau points chaud Ventilateur en panne, débit compensé par les deux autres 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

21 Nœud de communication IT : 1 ventilateur en panne Les lignes de courant inclinées créent une sous-pression 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

22 Conclusions Le calcul CFD est un outil important au CERN depuis 1992; Il est utilisé dans un grand nombre de domaines (détecteurs de particules, centres de calcul, dispersion de fumée, protection d environnement, etc.); Le CERN est toujours ouvert à collaborer avec les instituts et universités dans le domaine de la CFD. 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

23 Merci de votre attention! Aniko Rakai, Equipe CFD, CERN, 9/17/2015 A. Rakai Forum CADFEM

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