当前AI、云计算、大数据等技术的崛起,导致数据中心功率密度越来越高。数据中心内服务器密集分布于机柜中,产生大量的热量使机柜温度升高,机柜的温升不仅会对服务器的安全稳定运行产生重大影响,也是决定制冷能耗的关键因素。因此对数据中心机柜级别的温升影响机理研究具有重要的现实意义。据调研文献,采用封闭冷通道可提高数据中心的冷却气流管理,但气流流动和传热导致的机柜温升的变化规律仍不是十分明确。因此,本文主要针对封闭冷通道的数据中心温升的变化规律和影响机理进行了实验和理论分析。首先,通过实验测试了不同冷通道封闭容积比对机柜散热性能的影响。测量的参数有机柜进口温度、温升、总送风量、机柜的静动压以及空调机组外部静压。结果表明,冷通道封闭系统消除机柜进口温度梯度,机柜温升平均降低9.8%。当冷通道封闭系统的容积比为50%时,机柜平均温升稳定在10℃。通过T检验,证明50%容积比的冷通道封闭系统减少了25.33%的送风量。对机柜静压差的测试发现,冷通道封闭系统使机柜的静压差显著升高。非封闭冷通道、封闭冷通道容积比100%、封闭冷通道容积比50%三种工况下的平均静压为-2.76 Pa、4.81 Pa和6.45 Pa,而对机柜的动压差影响不大。因而得出静压差是冷通道封闭系统影响机柜散热性能的关键因素。通过分析冷空气在服务器中的流动和传热过程,并基于伯努利和能量守恒方程,提出了一种量化机柜温升的数学分析预测模型。该模型描述影响机柜温升的全因素:静压差和动压差、服务器风机总压、几何结构、功耗、机柜门的阻力和服务器的开度。本文中预测模型计算的机柜温升与实验数据对比平均偏差为1.13℃。最后,通过CFD优化冷通道封闭系统的热环境。分析现有指标的局限,提出了一种评价机柜局部热点的指标IHP。对比四种评价指标发现优化热通道回风的冷通道封闭系统具有较好的热评价。能耗分析显示,冷通道封闭系统可以显著减低数据中心的PUE,比不采用冷通道封闭的系统总能耗约降低了16.4%,空调设备能耗降低了约36.6%。