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风量与风压

风量:

  风量是风扇最重要的两项性能指标之一。

  风量即单位时间内通过风扇出风口(或进风口)截面的空气体积,单位一般为cfm,即立方英尺每分-cubic feet per minute,或cmm,即立方米每分- cubic metres per minute即m3/min。风量是风扇性能的整体衡量指标,不受到尺寸、结构、方式的限制,也不限于直流无刷风扇,可适用于任何空气导流设备。

  相关元素:
  风量=平均风速 x 过风面积。通风面积是出口面积减去涡舌处的投影面积。平面速度是气流通过整个平面的气体运动速度,单位是m3/s 。平面速度一定时,扇叶叶轮外径越大,通风面积越大,风量则越大。平面速度由转子的转速和风压决定。通风面积一定时,平面速度越大,风量越大。风量越大,空气吸热量则越大,空气流动转移时能够带周能带走更多的热量,扇热效果越明显。可见,风扇风量的大小基本取决于风速的高低与过风面积的大小。过风面积相同,风速越高,风量越大;风速相同,过风面积越大,风量越大。

  风冷散热器是依靠空气吹过散热片,利用热交换带走散热片上堆积热量的。显然,采用同样的散热片结构与空气流动方式,单位时间内通过的空气越多,带走的热量也就越多。因此,其它条件不变的情况下,可以说实际风量对风冷散热效果起着决定性的作用。

风压:

  风压是风扇最重要的两项性能指标之一。

  风压即风扇能够令出风口与入风口间产生的压强差,单位一般为mm(cm) water column,即毫米(厘米)水柱(类似于衡量大气压的毫米汞柱,但由于压强差较小,一般以水柱为单位)mmH2O/mmAq/Pa/mmHg。为进行正常通风,需要克服风扇通风行程内的阻力,风扇必须产生克服送风阻力的压力,测量到的压力的变化值称为静压,即最大静压与大气压的差压。它是气体对平行于物体表面作用的压力,静压是通过垂直于其表面的孔测量出来的。把气体流动中所需要动能转化为压力形式称为动压。风压是衡量风扇“强劲”程度的重要指标,如果将风量比作一把武器的挥击力量,那么风压就是这把武器的锋利程度。

  相关元素:
  风压主要取决于扇叶的形状、面积、高度以及转速,前三者的影响较为复杂,于转速的关系则简单直接——转速越快,风压越大。

  风压直接的影响到风扇的送风距离。风扇出口到散热片底部看来只有短短的几厘米,但考虑到复杂、密集的散热鳍片的影响,要令气流有效地覆盖散热片整体并非想象中那么简单。散热片设计过程中虽然会尽量避免产生过大的风阻,但为了保证充足的散热面积,对风压提出一定要求也是在所难免。

  风压既然是风扇最重要的两项性能指标之一,选择风扇时自然要特别注意。如果配合片状鳍片+风道式设计的散热片,一般不需太大的风压,即可保证空气顺畅流动,达到预期效果;如果配合典型的平行片状鳍片+顶吹式设计的散热片,则要根据鳍片的密度和高度、鳍片间风槽的形状和长度选择具有足够风压的风扇;如果配合Alpha或Swiftech等密集柱状鳍片+顶吹式设计的散热片,就需要风扇具有较大的风压。风扇与散热片组合结构等的详细分析请见第三部分。

  风扇产品所说明的风量与风压均为理想状态下的最大值,即风扇入风口与出风口之间无压强差状态下的风量(最大风量),以及风扇向密闭气室内吹风,直至风量为零状态下气室与外界气压的差值(最大静压)。它们并非两个孤立的性能指标,而是互相制约着,之间的关系就是流体力学中典型的流速与压强间的关系——风量随着压强差(具体而言即散热片风阻)的增大而减小,两者互相制约的程度则取决于扇叶形状与整体结构设计。风量、风压的正规测量需要借助风洞进行,下图为测量风洞原理图:

  通过调节风嘴(Nozzle)与辅助风扇(Auxiliary Blower),控制风量,记录风量(Air Flow)与压强差(Air Pressure)的对应数值,最终除了记录最大风量与最大静压(即标称的风压)外,一般还要绘制压强-流量图(即通常所称的风扇特性曲线图、PQ图),全面表现一款风扇在各种压强差(具体而言即散热片风阻)下的工作表现。

  上图即一张典型的风扇特性曲线图。图中实线(FPC)为风扇特性曲线,需由风洞测量。虚线(SRC)为系统阻抗曲线,同样需由风洞测量。FPC与SRC的交界点即为系统与风扇搭配使用的操作点OP,Qb与Pb则分别是使用中可达到的风量与压强差。以风冷散热器中的应用而言,要求风量越大越好,选择风扇时自然以Qb为重点参考指标。可见,选择风扇时仅以最大风量(Qa)与最大静压(Pa)来选择并不是最适切的。但考虑到一般用户不可能获得详细、确切的风扇特性曲线与散热片(系统)阻抗曲线,如此粗略判断也是不得已而为之

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