数据中心是为电子信息设备提供运行环境的场所，在数据中心中需要安装数据处理、数据传输和网络通讯等多种ＩＴ 设备。为保障ＩＴ 设备正常有效地运转和保障业务顺畅进行，还需要安装为ＩＴ设备服务的电力、空调等相关设备及传输管路。数据中心ＩＴ设备的正常工作，不仅需要电力供应系统、网络系统等配套设施的稳定运行，同时也依赖空调系统不间断稳定的运行 。
ＩＴ设备与电子元器件通常对环境的温度非常敏感，短暂的制冷中断对于低密度机房尚可容忍，但设备的可靠性和处理能力开始降低，故障发生率大大提高，而对于中高密度机房很可能会引起故障，甚至造成业务中断。相关研究结果表明：当机
房的热密度达到３～４．５ｋＷ ／ ｍ２时，机柜的平均进风温度在５ｍｉｎ内将升到１５～２８ ℃ ，在短时间内就可能引起服务器故障。因此，为保证ＩＴ设备的正常运转，对可靠性要求高或密度较高的数据中心必须具有持续供冷的功能。
空调系统的持续供冷，要求当电力系统发生紧急停电故障时，可以通过蓄冷装置和水泵为系统提供冷水。当电力系统发生故障时，一方面由于冷水机组会进入故障保护状态，首先恢复至正常开机的初始状态，再经过控制系统对冷水泵、冷却水泵、冷却塔等相关部件进行检查确认后，才能正常供冷。而冷水机组的生产厂商技术参数显示，相应的恢复时间为 ３～１３ｍｉｎ［ ３ － ４ ］ 。另一方面由于电力系统发生故障时，备用的柴油发电机组从启动至稳定供电的过程也需要一定的时间。因此，空调系统在电力发生故障时会有一段供冷不足，为了消除这一安全隐患，在空调系统中通常设置蓄冷设施，设置备用冷量。
水蓄冷是利用水的显热来存储冷热的蓄能技术由于其原理简单、运行稳定，因此广泛应用于工程领域。相关研究表明，水蓄冷系统的运行费用随着水蓄冷罐体积的增加而减少，当水蓄冷体积超过６０ｍ３时，采用水蓄冷系统的经济性要强于其他
相变蓄冷的方式。因此，水蓄冷系统在大型数据中心空调系统中应用具有一定的经济性。
由于数据中心的冷负荷大，瞬间的用冷量大，相变蓄冷的方式无法满足其快速、巨大的用冷要求，因此，水蓄冷技术广泛用于数据中心，作为应急冷源。水蓄冷在数据中心应用时，不需要额外配置蓄冷冷源，直接利用原有的备份冷水机组，在紧急情况下可以启动供冷，实现数据中心快速、持续和稳定的供冷要求。
对大温差水蓄冷与小温差水蓄冷充放冷的过程进行数值模拟研究，因此，所建模型将蓄冷罐的布水器简化成均匀流速的平面，并且蓄冷罐的外壁面按绝热层考虑。其中大温差蓄冷的供回水温度分别为７℃ ／ １８℃ ，小温差蓄冷的供回水温度
分别为１２℃ ／ １８℃ 。充、放冷过程１５ｍｉｎ ，罐体直径为５．１２ｍ ，蓄水高度为２１ｍ ，高径比为４．１ ，初始流速为０．０２１ｍ ／ ｓ ，设计的弗劳德数 Ｆｒ 为０．６ ，雷诺数 Ｒｅ 为１ ０５０ ，以上参数值均为实际工程设计值。
充冷时蓄冷罐内充满了１８℃热水，７℃（或１２℃ ）冷水从罐的下方流入，热水从罐的上方流出；放冷时蓄冷罐内充满了冷水，冷水从罐的下方流入，热水从罐的上方流出，２个过程都属于瞬态传热过程。
应用 ＧＡＭＢＩＴ 前处理软件建立物理模型并生成六面体非结构网格，应用Ｆｌｕｅｎｔ软件对充、放冷过程进行模拟计算。通过截取所建模型的中心平面，监视蓄冷罐内部的流动状态与温度场分布，从而得到各时刻蓄冷罐内斜温层的变化情况。显示了不同蓄冷温差下，充、放冷过程斜温层的变化情况。
由于将蓄冷罐作为数据中心应急冷源，整个放冷过程时间较短，因此要求罐内的水流速度较快，导致斜温层相对较厚，蓄冷和取冷的效率较低。其中大温差（７℃ ／ １８℃ ）蓄冷的效率约为９０．６％，小温差（１２℃ ／ １８ ℃ ）蓄冷的效率约为８８．２％ ，这是由于忽略了布水器的影响，导致模拟计算的蓄冷效率大于实际的运行效率。
从模拟结果可以看出，斜温层的存在一方面影响蓄冷效率，另一方面则有利于水蓄冷系统实现温度分层，使冷热水不至于混合。此外，蓄冷罐在充、放冷过程中，斜温层的厚度都逐渐增大，并且斜温层的波动也逐渐增强。这是由于在运行过程中，斜温层在时间上有一个积累，通过导热作用，同时降低热水温度和提高冷水温度。
对比图１～４可以看出，大温差水蓄冷的斜温层较小温差水蓄冷稳定，波动也小，温度分层较明显。这是由于随着蓄冷温差的增加，蓄冷罐的密度差异越发明显，因而蓄冷罐内形成的浮升力将加大，导致自然分层效应加强，有助于斜温层的厚度增加变缓和蓄冷效率的提升。
然而，热水层与冷水层温差加大，同时导致两者之间导热量增加，这也会导致斜温层加厚。相关研究显示，增加蓄冷温差可以增加蓄冷量，同时会增加斜温层的厚度，降低蓄冷系统的效率 ［５ ］ 。文献［６ ］的工程实例表明， ５℃的蓄冷温差，蓄冷效率约为８７％ ； １５ ℃的蓄冷温差，蓄冷效率约为９３％ 。然而上述项目中的蓄冷罐高径比、水的流速与雷诺数都远小于实际工程中的值。因此，蓄冷温差对蓄冷效率的影响需要综合考虑蓄冷罐的形状、高径比、充放冷的水流速度等因素。
综上所述，蓄冷罐内斜温层的位置会随着充、放冷的过程而变化，整个充、放冷过程是一个非稳态的流动与传热过程，直接计算和控制斜温层的厚度难度较大。因此在蓄冷系统的设计中，为了保证水蓄冷系统可靠、高效运行，通常需要进行仿真模拟，以对蓄冷罐的设计进行优化。
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