关于ADDA散热风扇风量详解
一、风量单位
CFS:Cubic Feet Per Second,立方英呎/秒(ft3/s)
CFM:Cubic Feet Per Minute,立方英呎/分(ft3/min)
CMS:Cubic Meter Per Second,立方公尺/秒(m3/s)
CMM:Cubic Meter Per Minute,立方公尺/分(m3/min)
CMH:Cubic Meter Peter Hour,立方公尺/时(m3/h)
L/min:Liter Per Second,公升/分(L/min)
二、如何测量风量与风压的关系
一般而言,测量气流的特性十分困难,但仍有两种方式法用来测量静压与风量,一为风洞测试,另一种为双箱方式。
本文所显示的风量和静压特性规格是采用双箱方式来测量,在此我们将解释何谓双箱方式(如图一)。可变排气系统(variable exhaust system)抽出空气来调整空气密度,瞬间打开喷嘴将造成静压与风量的瞬间变化,然后读取每个静压计上的压力读数。
最大风量的测量是调整可变排气系统使B 箱的静压为零的条件下所测得的风量。此时,A、B 箱之间的静压差是在风扇运转中而喷嘴打开时所测出。
最大静压的测量是A 箱口的风扇处于运转中而喷嘴关闭时所测到的。此情形即造成密闭箱,故其静压可达到最大值。A 箱之静压值即其最大静压与大气压之差压。
当风扇在额定电压运转稳定时,其实际测量值即可记录下来。
本文所显示的特性曲线是在标准大气及固定的操作电压与频率之条件下,静压以风量容积为函数之表现。散热扇的静态效率等于
风量之容积乘以静压再除以输入的电能。风扇是包括马达、扇叶与外框,因此其效率包括马达的电机效率,以及扇叶和外框的空气流动效率。
三、温升与所需风量之换算表
例一:设备内部消耗电功率为500 瓦,温差为华氏20 度,下列为其计算结果:
例二:设备内部消耗电功率为500 瓦,温差为摄氏10 度:
四、全部系统阻抗/系统特性曲线
空气流动时,气流在其流动路径会遇上系统内部零件的阻扰,其阻抗会限制空气自由流通。压力的变化即测量到的静压,以英吋水柱表示。
为了确认每一槽排(slot)之冷却瓦特数,系统设计或制造厂商不但必须有风扇的有效风扇特性曲线以决定其最大风量,而且必须知道系统的风阻曲线。系统内部的零件会造成风压的损失。此损失因风量而变化,即所谓的系统阻抗。
系统特性曲线之定义如下:
DP = KQn
其中K = 系统特定系数
Q = 风量(立方呎)
n = 扰流因素,1 < n < 2
平层气流时,n = 1
乱流气流时,n = 2
系统操作工作点
系统特性曲线与风扇特性曲线的交点,称为系统操作工作点,该工作点即风扇之最佳运作点。
操作工作点
在工作点,风扇特性曲线之变化斜率为最小,而系统特性曲线之变化率为最低。注意此时的风扇静态效率(风量×风压÷耗电)为最佳化。
设计时应考虑项目:
1.保持空气流动尽量不受阻扰,入风口与出风口保持畅通。
2.引导气流垂直通过系统,以确保气流顺畅而提升冷却效率。
3.如需加装空气滤网,应考虑其增加的空气流动阻力。
五、选择最佳风扇的例子:
例一:
图一为典型SUNON DC 散热扇60×60×25mm 的特性曲线。此风扇可能操作在A 点或C 点,分别可输送6 CFM 或
20 CFM。如果该系统之阻抗对于气流在A 点会造成0.16 吋水柱或C 点0.04 吋水柱的静压质。如果该系统因改良
而运作于B 点,则风扇可输送12 CFM 而静压仅0.09 吋水柱。
图一:60×60×25mm 中速风扇之特性曲线
例二:
如图二所示,特性曲线二是同一尺寸与形状之风扇,但其转速比特性曲线一低。如果系统仅需要15 CFM 风量在
0.05 吋水柱静压,则静压降与风量曲线之交点应通过B 点,因此风扇在零静压时可输送18 CFM 已足够冷却之需。
因此最后的安排是选用低速风扇。
图二:60×60×25mm 低、中速风扇之特性曲线
如图二依图表说明,从一种风扇改用另一种风扇的结论。当然有时可能甚至选用尺寸较小的风扇,如果系统阻抗能充分地减低,也可以获得相同的风量。
例三:
如图三所示,为40×40×6mm(曲线三)、30×30×6mm(曲线二)、25×25×6mm(曲线一)中转速DC 风扇之特性曲
线。
情况一:假如系统阻抗为0.025 吋水柱而需要2 CFM 的风量来冷却,建议你使用40×6mm DC 风扇。(请参考B 点运作)
情况二: 假如有更多组件加进系统且(或)外形变得更密实时,将产生更多的系统阻抗。现在假设系统阻抗上升至
0.038 吋水柱,并需要0.85 CFM 的风量来冷却,有两种风扇可供选择:40×6mm、30×6mm。(请参考操作工作点
A)。另一种用来冷却具有高系统阻抗之系统的选择为小型DC 鼓风扇。
图三:40×40×6mm 与30×30×6mm 风扇之特性曲线
六、并联与串联运作
并联运作就是并列使用两个或两个以上的风扇。
并联风扇与单独风扇的运作曲线图
两个风扇并联所产生的风量体积,仅在自由空间条件下,为单一风扇风量的两倍,而当并联风扇应用于较高系统阻抗的情况时,系统阻抗愈高,并联风扇所能增加的风量愈低。因此,并联的应用仅在低系统阻抗的情况下建议使用,即风扇在几乎完全自由送风的情况下运作。
串联风扇与单独风扇的运作曲线图
串联运作就是串行使用两个或两个以上的风扇。两个风扇串联产生的静压,在零风量条件下可达两倍,但在自由空间的情况下,并不能增加风量。多加一个串联风扇,在较高静压之系统,可增加风量。
因此,串联运作对高系统阻抗的系统,可达到最高的效果。
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