硬碟內的湍流殺手

2021-01-08 騰訊網

Structure Optimization Study of Hard Disk Drives to Reduce Flow Induced Vibration

在過去的幾年中，對計算機機械硬碟的研究，主要集中在增加讀/寫速度上。近幾年，機械硬碟的轉速可高達到20000轉。

磁頭是硬碟最重要的構件。磁頭讀取磁碟表面磁方向和改變其方向，每個盤面有一個磁頭，它極其貼近地懸浮在盤面上，但是絕對不與盤面接觸，否則會損壞磁頭和盤面。

磁碟非常高的轉速下旋轉，可以導致不良的氣流行為，大量的渦旋產生，進而導致硬碟發生震蕩。

最近，科學家通過計算流體力學CFD的方法，對機械硬碟進行了研究，力圖儘可能的減小氣流引致震蕩。並通過CFD的方法，驗證了機械硬碟中的渦旋抑制器與流動導流器的作用。

在CFD模擬的過程中，為了儘可能的捕獲到磁碟表面細微空腔內的流動行為，科學家調用了700萬個網格點，通過高級計算機來求解700萬階矩陣計算。

上圖是硬碟中用於減少流動引致震蕩的渦旋抑制器（splitter）和流動導流器（diverters）。流動導流器位於碟片排布之間，狹長分布。抑制器則交窄，傾向於徑向排列。二者的作用是減少高速旋轉硬碟內的湍流結構。

下面倆張圖分別是渦旋抑制器與流動導流器的作用示意圖。已經有文獻表明，在硬碟內裝入小小的塊狀物體，可以有效的減少湍流渦旋，雖然可能會增加能量消耗。

同時也有文獻表明，在硬碟內嵌入導流作用的平板，也可以使得渦旋減少並進一步的減少流動引致震動。

在驗證了渦旋抑制器以及流動導流器的作用後，科學家還研究了不同形狀的結構對震動的影響。比如是圓角好？還是尖角好？

研究表明傳統的圓角架構，並不如尖角的渦旋抑制器的作用好。流動導流器的厚度，似乎對震動影響較小。

當然了，在未來還需要有更深入的研究，

比如：寫滿數據的硬碟要比空盤質量重麼？

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