随着信息技术的发展,数据中心的规模与数量都出现了巨大的增长,数据中心的能耗问题也日益突出。而占据数据中心总能耗37%的数据中心冷却系统被认为是降低数据中心总能耗的其中一个着力点。随着全球数据处理需求的增加,高性能高功率刀片式服务器被被广泛运用于数据中心中,数据中心的单位功率密度预计将会达到100W/cm2,而传统的数据中心空气冷却技术所能提供的最大冷却能力仅为37W/cm2。在保障IT设备安全平稳运行的前提下寻求新的冷却模式和冷却介质,提高系统散热性能,减少数据中心能耗成为了急需解决的问题。目前,数据中心常用的冷却模式主要包括房间级冷却、行列级冷却、机柜级冷却以及服务器级冷却;而常用的冷却方式主要包括空气冷却、液体冷却以及热管冷却。本文结合目前数据中心冷却技术存在的问题以及不同冷却模式的特点提出了一种以矿物油为冷却介质的机柜级复合式液冷散热装置,并建立了该散热装置的实验测试平台。其中,复合式液冷散热装置是在背板式液冷散热装置的基础上在数据机柜内部增加了平板式翅片换热器。利用该实验测试平台,对复合式液冷散热装置与背板式液冷散热装置在不同实验工况下的散热性能进行对比研究;深入研究了机柜复合式液冷散热装置在不同工况下的散热性能和余热回收性能。液冷散热装置性能的影响因素主要包括冷却介质的初始温度、热源功率、风速以及冷却介质的循环流量,而散热性能评价指标主要有累计散热量、散热效率、机柜内部平均温度以及装置COP等。在复合式液冷散热装置与背板式液冷散热装置的散热性能和能源转换效率对比实验中,复合式液冷散热装置在不同实验工况下的累计散热量、散热效率和COP值的平均值比背板式液冷散热装置分别提高了42.45%、75.33%和75.68%;对于采用复合式液冷散热装置进行散热的通信机柜在运行8小时后机柜内部平均温度比采用背板式液冷散热装置的通信机柜降低了13.3℃,最高降低了14.1℃。实验结果表明:与背板液冷散热装置相比,复合式液冷散热装置具有更好的散热性能和能源转换效率。复合式液冷散热装置累计散热量和散热效率在不同实验工况的平均值分别为12675.1k J和18.04%。装置累计散热量的范围在9600.1k J～16657.7k J之间,散热效率在12.49%～23.67%之间。采用复合式液冷散热装置进行散热的通信机柜在运行8小时后机柜内部平均温度的平均值为59.4℃,机柜内部平均温度范围在48.9℃～69.1℃之间。在不同的实验工况下,机柜内部平均温度均低于IT设备安全运行温度70℃。实验结果表明;复合式液冷散热装置具有较好的散热性能,能为IT设备提供一个良好的工作环境,确保设备安全稳定运行。复合式液冷散热装置的散热性能、能源转换效率主要受冷却介质初始温度、热源功率、风机风速以及冷却介质循环流量等因素的影响,其中冷却介质初始温度和热源功率是主要影响因素。采用复合式液冷散热装置进行散热的通信机柜在运行8小时后机柜排风温度和冷却介质温度的平均值分别为64.2℃和59.8℃。机柜排风温度范围50.1℃～68.7℃在之间,而冷却介质温度范围在55.5℃～72.1℃。上述两种冷却介质的温度均能满足余热回收利用技术对回收介质的温度要求,因此这两种冷却介质均具有余热回收潜力。若对这两种冷却介质所携带的余热进行回收,全年可获得的经济收益分别为9400.2元/机架和2920.3元/机架。根据热力学第一定律对复合式液冷散热机柜系统的热量传递过程进行了分析,建立了其理论计算模型。理论计算值与实验测试值之间的平均相对误差为10.81%。反映出该计算模型具有一定的代表性和准确性。