本發(fā)明涉及水下數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，具體涉及基于卡門渦街效應(yīng)的單樁基聯(lián)扇形水下數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)及布設(shè)方法。
背景技術(shù)：
1、隨著全球數(shù)據(jù)需求的快速增長，數(shù)據(jù)中心的能耗問題日益突出。傳統(tǒng)陸上數(shù)據(jù)中心的冷卻系統(tǒng)占其總能耗的30％-50％，依賴電力驅(qū)動的制冷設(shè)備不僅增加運(yùn)營成本，還對環(huán)境造成顯著的碳排放壓力。水下數(shù)據(jù)中心(underwater?data?center,udc)作為一種創(chuàng)新解決方案，利用海水的低溫特性和自然對流進(jìn)行散熱，可顯著降低能耗。已有試點項目驗證了深海環(huán)境(如水深100米以下，溫度恒定在4-10℃)對服務(wù)器散熱的顯著優(yōu)勢。
2、然而，水下數(shù)據(jù)中心的實際應(yīng)用仍面臨多重技術(shù)難題。首先，散熱效率依賴于海水與服務(wù)器外殼之間的熱交換效果。在靜態(tài)或低速水流條件下(如流速＜0.5m/s)，熱量傳遞效率較低，可能導(dǎo)致服務(wù)器局部過熱，影響設(shè)備性能和壽命。其次，海洋環(huán)境中普遍存在的生物附著問題(如貝類、藻類)對水下數(shù)據(jù)中心的長期運(yùn)行構(gòu)成威脅。附著物覆蓋散熱表面，降低熱交換效率，并可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)腐蝕，增加維護(hù)頻率和成本。此外，水下設(shè)備通常依托海上樁基固定，樁基周圍形成的卡門渦街效應(yīng)(kármán?vortex?street)產(chǎn)生的馬蹄漩渦會沖刷海床泥沙，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
3、現(xiàn)有技術(shù)中，針對散熱問題的解決方案主要包括被動散熱設(shè)計和主動冷卻系統(tǒng)。被動散熱依賴海水的自然對流和導(dǎo)熱，通常通過增加散熱表面積(如設(shè)置散熱片)來提升效果，但其效率受限于水流速度和溫度梯度，難以滿足高功率計算設(shè)備的需求。主動冷卻系統(tǒng)則通過泵送海水或使用液冷技術(shù)增強(qiáng)散熱，但需要額外的能源輸入和復(fù)雜的管道設(shè)計，與水下數(shù)據(jù)中心低能耗的初衷相悖。此外，為應(yīng)對生物附著問題，常見的防污手段包括化學(xué)涂層(如含銅或鋅的防污漆)和超聲波驅(qū)趕技術(shù)?；瘜W(xué)涂層雖然能在短期內(nèi)抑制生物生長，但其釋放的有毒物質(zhì)可能污染海洋生態(tài)，且涂層隨時間剝落需定期更換，增加了維護(hù)難度。超聲波技術(shù)則因能耗高、作用范圍有限，難以在大規(guī)模水下設(shè)施中廣泛應(yīng)用。
4、在流體力學(xué)領(lǐng)域，卡門渦街現(xiàn)象(kármán?vortex?street)作為一種經(jīng)典現(xiàn)象，已被廣泛研究并應(yīng)用于工程設(shè)計中?？ㄩT渦街是指流體經(jīng)過圓柱形或類似障礙物時，在其下游形成的周期性旋渦，具有增強(qiáng)湍流和局部剪切力的特性。該現(xiàn)象在船舶減阻、橋梁抗振等場景中已有應(yīng)用，但在水下數(shù)據(jù)中心的散熱與防生物附著優(yōu)化中尚未得到系統(tǒng)性探索。同樣，風(fēng)電樁基作為海上風(fēng)力發(fā)電的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其圓柱形結(jié)構(gòu)天然具備誘導(dǎo)渦街效應(yīng)的條件，但目前僅限于提供物理支撐，未被用于與水下數(shù)據(jù)中心協(xié)同優(yōu)化水流和散熱性能。
5、綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)在水下數(shù)據(jù)中心的散熱效率提升和生物附著抑制方面仍存在不足，缺乏一種兼顧節(jié)能、環(huán)保與高效的綜合解決方案。特別是，風(fēng)電樁基與水下數(shù)據(jù)中心的潛在協(xié)同作用尚未被充分挖掘，卡門渦街效應(yīng)的應(yīng)用潛力也未被開發(fā)。因此，亟需一種創(chuàng)新方法，利用現(xiàn)有海洋基礎(chǔ)設(shè)施和流體力學(xué)原理，實現(xiàn)水下數(shù)據(jù)中心散熱與防生物附著的雙重優(yōu)化?，F(xiàn)有技術(shù)在風(fēng)電樁基與水下數(shù)據(jù)中心的協(xié)同布設(shè)中，未能有效解決散熱效率低、海洋生物附著嚴(yán)重、海床沖刷以及施工成本高的問題。因此，亟需一種創(chuàng)新布設(shè)方法，利用單樁基聯(lián)扇形結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高效散熱、防附著和防沖刷，同時降低施工復(fù)雜度和成本。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的第一目的是提供了基于卡門渦街效應(yīng)的單樁基聯(lián)扇形水下數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)。
2、本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案：
3、基于卡門渦街效應(yīng)的單樁基聯(lián)扇形水下數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，包括單根風(fēng)電樁基，風(fēng)電樁基的頂部設(shè)置有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在風(fēng)電樁基的下游的海床上布設(shè)有三排水下數(shù)據(jù)中心，自風(fēng)電樁基起由近到遠(yuǎn)分別為第一排水下數(shù)據(jù)中心、第二排水下數(shù)據(jù)中心和第三排水下數(shù)據(jù)中心，第一排水下數(shù)據(jù)中心設(shè)置有兩個水下數(shù)據(jù)中心模塊，第二排水下數(shù)據(jù)中心設(shè)置有四個水下數(shù)據(jù)中心模塊，第二排水下數(shù)據(jù)中心設(shè)置有八個水下數(shù)據(jù)中心模塊。
4、優(yōu)選地，第一排水下數(shù)據(jù)中心和第二排水下數(shù)據(jù)中心均設(shè)置有多個立柱。
5、優(yōu)選地，在第一排水下數(shù)據(jù)中心設(shè)置有五個立柱，第二排水下數(shù)據(jù)中心設(shè)置有九個立柱；
6、第一排水下數(shù)據(jù)中心的五個立柱等間距布設(shè)，其中三個立柱間隔兩個水下數(shù)據(jù)中心模塊布設(shè)；
7、第二排水下數(shù)據(jù)中心的九個立柱等間距布設(shè)，其中五個立柱間隔四個水下數(shù)據(jù)中心模塊布設(shè)。
8、本發(fā)明的第二目的是提供了基于卡門渦街效應(yīng)的單樁基聯(lián)扇形水下數(shù)據(jù)中心的布設(shè)方法。
9、基于卡門渦街效應(yīng)的單樁基聯(lián)扇形水下數(shù)據(jù)中心的布設(shè)方法，應(yīng)用于如上所述的基于卡門渦街效應(yīng)的單樁基聯(lián)扇形水下數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，包括以下步驟：
10、步驟1：將風(fēng)電樁基嵌入海底15-20米，風(fēng)電樁基直徑為5-10米；
11、步驟2：將第一排水下數(shù)據(jù)中心固定布設(shè)在風(fēng)電樁基下游10-15米處，水下數(shù)據(jù)中心模塊通過固定底座固定在海床上，水下數(shù)據(jù)中心模塊的長度方向與主洋流方向成15°-20°的夾角；
12、風(fēng)電樁基到第一排水下數(shù)據(jù)中心的兩個水下數(shù)據(jù)中心模塊的中心形成的夾角為60°-80°，第一排水下數(shù)據(jù)中心的兩個水下數(shù)據(jù)中心模塊的間距為15-20米；五個立柱高度為7-10米；
13、步驟3：將第二排水下數(shù)據(jù)中心固定布設(shè)在風(fēng)電樁基下游20-25米處，水下數(shù)據(jù)中心模塊通過固定底座固定在海床上，水下數(shù)據(jù)中心模塊的長度方向與主洋流方向成15°-20°的夾角；
14、風(fēng)電樁基到第二排水下數(shù)據(jù)中心的最外側(cè)的兩個水下數(shù)據(jù)中心模塊的中心形成的夾角為90°-110°，第二排水下數(shù)據(jù)中心的水下數(shù)據(jù)中心模塊的相互間距為15-20米；九個立柱高度為7-10米；
15、步驟4：將第三排水下數(shù)據(jù)中心固定布設(shè)在風(fēng)電樁基下游30-35米處，水下數(shù)據(jù)中心模塊通過固定底座固定在海床上，水下數(shù)據(jù)中心模塊的長度方向與主洋流方向成15°-20°的夾角；
16、風(fēng)電樁基到第三排水下數(shù)據(jù)中心的兩個水下數(shù)據(jù)中心模塊的中心形成的夾角為130°-150°，第三排水下數(shù)據(jù)中心的水下數(shù)據(jù)中心模塊的相互間距為15-20米。
17、本發(fā)明具有的有益效果是：
18、本發(fā)明通過單根風(fēng)電樁基與聯(lián)扇形布置的水下數(shù)據(jù)中心協(xié)同，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的電能可就近給水下數(shù)據(jù)中心供電，利用風(fēng)電樁基和水下數(shù)據(jù)中心模塊產(chǎn)生的卡門渦街效應(yīng)，增強(qiáng)水下數(shù)據(jù)中心模塊的散熱效率，并抑制海洋生物附著，同時保護(hù)海床，適用于中小型海上風(fēng)電與水下數(shù)據(jù)中心的協(xié)同應(yīng)用。利用風(fēng)電樁基和模塊的卡門渦街效應(yīng)，散熱效率達(dá)30％-40％，生物附著率下降75％-80％。在第一排和第二排間布設(shè)多個小型立柱增強(qiáng)渦街。風(fēng)電樁基四周鋪設(shè)碎石防護(hù)層，配合水下數(shù)據(jù)中心模塊，可減少泥沙損失，并就近淤積，在需要的時候回填。本方法施工簡便，適配中小型海上風(fēng)電與水下數(shù)據(jù)中心的協(xié)同應(yīng)用。
1.基于卡門渦街效應(yīng)的單樁基聯(lián)扇形水下數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，其特征在于，包括單根風(fēng)電樁基，風(fēng)電樁基的頂部設(shè)置有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在風(fēng)電樁基的下游的海床上布設(shè)有三排水下數(shù)據(jù)中心，自風(fēng)電樁基起由近到遠(yuǎn)分別為第一排水下數(shù)據(jù)中心、第二排水下數(shù)據(jù)中心和第三排水下數(shù)據(jù)中心，第一排水下數(shù)據(jù)中心設(shè)置有兩個水下數(shù)據(jù)中心模塊，第二排水下數(shù)據(jù)中心設(shè)置有四個水下數(shù)據(jù)中心模塊，第二排水下數(shù)據(jù)中心設(shè)置有八個水下數(shù)據(jù)中心模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于卡門渦街效應(yīng)的單樁基聯(lián)扇形水下數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，其特征在于，第一排水下數(shù)據(jù)中心和第二排水下數(shù)據(jù)中心均設(shè)置有多個立柱。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于卡門渦街效應(yīng)的單樁基聯(lián)扇形水下數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，其特征在于，在第一排水下數(shù)據(jù)中心設(shè)置有五個立柱，第二排水下數(shù)據(jù)中心設(shè)置有九個立柱；
4.基于卡門渦街效應(yīng)的單樁基聯(lián)扇形水下數(shù)據(jù)中心的布設(shè)方法，其特征在于，應(yīng)用于權(quán)利要求3所述的基于卡門渦街效應(yīng)的單樁基聯(lián)扇形水下數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，包括以下步驟：