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首页 » 行业应用 » 正文   2012年01月29日-2,899 次点击-0 个评论

散热风扇扇叶参数对性能的影响

客户在选择散热风扇时,大多只关注电流电压功率,风量风速,转速噪音这些常见的参数,对扇叶参数询问甚少,一般也只问下叶片的数量。但扇叶的参数对风扇的风量风速噪音等,都有着重要的影响。机箱机柜,变频器等机器用散热风扇的形状结构,在各种品牌中都较为固定,但在电脑配件,小玩具等领域,风扇的扇叶形状,外观结构就多种多样了。这些各样的形状对散热效果起到哪些作用呢。这里就以CPU风扇为例,现在的台式机的CPU风扇多为12025的直流风扇。

CPU风扇

这里介绍几个比较重要的扇叶参数对风扇性能的影响:

1、叶片曲率:在一定范围内,叶片曲率越大,相同转速下,气体动能也就越大,即风量与风压越大;同时,叶片所受的阻力也越大,要求电机的扭力更大。

                                                        左图叶片曲率较小,右图叶片曲率较大。

2、叶片倾角:倾角越大,叶片上下表面间压力差越大,相同转速下风压越大;但上表面压力过大,可能产生回流现象,反而降低风扇性能。因此,叶片倾角也应在一定限度内提升。

              风扇9叶的叶片倾角相对于7叶更大一点,大多数7叶风扇的扇叶倾角都较小。

3、叶片间距:叶片间的距离过小,会导致气流扰动,增加叶片表面的摩擦,降低风扇效率;叶片间的距离过大,则会导致压力损失增大,风压不足。

                     左图的扇叶间距大于右图,扇叶间距是指相邻两片扇叶同侧边缘的距离。

4、叶片数目:各种规格风扇叶片的截面曲线、倾角等基本相若,每片叶片宽度往往取决于扇叶的高度。为了保证叶片间距不致过大,影响风压,径高比较小(即相对较薄)的风扇多采用增加叶片数目的方法弥补。不论叶片数目是多是少,轴流风扇的叶片数目却往往是3、5、7、11等奇数,这是由于若采用偶数片形状对称的扇叶,又没有调整好平衡,很容易使系统发生共振,倘叶片材质又无法抵抗振动产生的疲劳,将会使叶片或心轴发生断裂,因此多设计为关于轴心不对称的奇数片扇叶设计。这一原则普遍应用于包括部分直升机螺旋桨在内的各种扇叶设计中。

                                                 左图的扇叶为7片,右图的扇叶为9片。

5、叶端间隙:如何调整扇叶与外框之间所存在的间隙是风扇设计中的一大难题。间隙过小会令此间气流与叶片、外框发生摩擦,增大噪音;增大间隙则会由于反激气流等影响而降低风扇效率。

左图为传统风扇叶端从头至尾与扇框间隙保持一直,右图风扇突破性的改变扇叶端与扇框的距离达到噪音和效率的平衡。

6、叶片弧度:扇叶除了在截面上具有一定曲率外,在俯视平面内也并非沿着径向笔直延伸,而是向着旋转方向略有弯曲,呈一定弧度。如果叶片沿径向笔直延伸,风扇旋转所带动的气流在出风口一侧将呈散射状,送风距离短,且“力量”不集中;如现行产品版略带弧度,则可保证吹出气流集中在出风口正前方的柱状空间内,增加送风距离与风压。

                    左边的风扇弧度较右边风扇弧度更大。

7、电机直径:由于电机与轴承的存在,轴流风扇主轴所在的中心部分难免一定无气流通过的盲区,主轴直径便决定着此盲区的大小。主轴直径的大小则主要取决于风扇电机的功率——大功率的电机需要更大的定子绕组线圈,必然占用更多的空间,在无法纵向扩展(增加高度)的情况下,便只好横向扩展(增大面积)。

左图风扇额定功耗为2.64W,右图风扇额定功耗1.08W。因此左边风扇的电机直径大于右边。

8、叶片光滑度:这是一项非设计因素影响的指标,基本上取决于生产者的模具成形与后期处理工艺。在设计曲线之外,叶片上的不平整会在旋转中产生紊流,增加摩擦,降低风扇效率,折损风扇性能,增大工作噪音。

                      从叶片光滑度来讲,左图的UV扇是光滑扇叶的代表,右侧的表面有些许颗粒感。

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