關(guān)于風(fēng)扇的基本知識和改進(jìn)建議

1、風(fēng)冷散熱器相關(guān)技術(shù)淺析之風(fēng)扇篇現(xiàn)在使用的風(fēng)扇外形是一個底面為正方形的扁柱體，四角留有安裝所需的固定孔位，直流電機(jī)通過支架固定在外框上，扇葉與轉(zhuǎn)子連接在一起，通過軸承安裝在電機(jī)主體之上。一些“非典型”的風(fēng)扇采用了較特殊的形狀與設(shè)計，但整體結(jié)構(gòu)與此并無太大差異。那么，我們又應(yīng)通過哪些方面的數(shù)據(jù)來衡量一款風(fēng)扇的品質(zhì)呢？衡量一款風(fēng)扇的品質(zhì)，最重要的兩個方面為性能與壽命，其次便是越來越受到關(guān)注的工作噪音；此外，關(guān)系到能否正常使用，還必須注意風(fēng)扇的規(guī)格與功率。規(guī)格：要為散熱器選擇合適的風(fēng)扇，首先注意到的，也是必需注意的，就是風(fēng)扇的尺寸規(guī)格。風(fēng)扇的尺寸規(guī)格有一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，只要依照此套標(biāo)準(zhǔn)就可以保證與散熱片

2、或其它接口、支架之間的正常安裝。尺寸規(guī)格通常用一個4位數(shù)字來描述，例如：2510、4028、6015、8025、1238等。4位數(shù)字的前兩位25、40等代表風(fēng)扇正方形底面的邊長，單位為毫米；后兩位10、28、30等則代表柱體的高度，即風(fēng)扇的厚度，單位同為毫米。特別說明：92XX系列的風(fēng)扇邊長為92mm，但通常稱作9cm；12XX或17XX系列的風(fēng)扇并非12mm或17mm邊長，而是12cm或17cm；常用直流無刷風(fēng)扇的邊長最小為25mm，而大于99mm的風(fēng)扇通常舍去最低位，數(shù)值以cm為單位。下圖為一款6015風(fēng)扇的詳細(xì)規(guī)格：相關(guān)元素：與底面尺寸息息相關(guān)的數(shù)據(jù)為過風(fēng)面積（風(fēng)扇底面積減去外框與電機(jī)占

3、據(jù)部分所占面積的結(jié)果），進(jìn)一步則影響到風(fēng)扇的重要性能指標(biāo)“風(fēng)量”。擁有更大的底面尺寸，一般就可以獲得更大的過風(fēng)面積，在風(fēng)速相當(dāng)?shù)那闆r下，將獲得更大的風(fēng)量；反過來考慮，就可以降低風(fēng)速卻不減少風(fēng)量，采用“大口徑”風(fēng)扇也是目前風(fēng)冷散熱器發(fā)展的大趨勢之一。增加風(fēng)扇的高度有利于增大風(fēng)扇功率、加大扇葉面積，都可以增強(qiáng)風(fēng)扇的性能；有些風(fēng)扇也會利用增加的高度在外框上添加導(dǎo)流片或改變扇葉旋轉(zhuǎn)面方向（即非軸流風(fēng)扇）等，后文將較詳細(xì)說明。用戶在選擇風(fēng)扇時，尺寸規(guī)格方面需要考慮的問題主要有：1.能否與散熱片實現(xiàn)良好的結(jié)合，主要取決于底面的尺寸規(guī)格；2.散熱器能否正常安裝，主要取決于風(fēng)扇增加的體積是否會與其它設(shè)備或整體

4、空間沖突；3.風(fēng)扇能否為散熱片提供合適的氣流，尺寸規(guī)格的改變可能會影響風(fēng)扇氣流的覆蓋范圍、走向等；但具體影響較為復(fù)雜，且涉及到多方面的因素，將在后文中相關(guān)部分分別說明。風(fēng)速：風(fēng)速是風(fēng)扇重要的性能指標(biāo)之一，與最重要的兩項性能指標(biāo)之一風(fēng)量關(guān)系密切。風(fēng)速即風(fēng)扇出風(fēng)口或進(jìn)風(fēng)口的空氣流動速度，單位一般為m/s；僅是某一位置的速度數(shù)值，不能完全體現(xiàn)風(fēng)扇的性能。風(fēng)速在不同位置數(shù)值可能有較大差異，且平均值難以計算，一般不用來表示風(fēng)扇的性能，僅在詳細(xì)設(shè)計分析中才會使用。相關(guān)元素：風(fēng)速的高低主要取決于扇葉的形狀、面積、高度以及轉(zhuǎn)速。扇葉形狀設(shè)計、面積、高度的影響較為復(fù)雜，將在后文說明；風(fēng)扇轉(zhuǎn)速越快，風(fēng)速越快，則是

5、顯而易見的常識，無需贅述_。風(fēng)速的高低會影響到風(fēng)量以及噪音的大小。同樣的過風(fēng)面積，風(fēng)速越高，風(fēng)量越大；氣流之間、空氣與扇葉、外框、散熱片之間的摩擦都會產(chǎn)生噪音，同樣的風(fēng)扇、散熱片設(shè)計，噪音必然會隨著風(fēng)速的提升而增大。由于一般并不會作為風(fēng)扇類產(chǎn)品的性能參數(shù)被標(biāo)示出來，用戶選擇風(fēng)扇時不會見到，也就談不上注意事項了。風(fēng)量：風(fēng)量是風(fēng)扇最重要的兩項性能指標(biāo)之一。風(fēng)量即單位時間內(nèi)通過風(fēng)扇出風(fēng)口（或進(jìn)風(fēng)口）截面的空氣體積，單位一般為cfm，即立方英尺每分-cubic feet per minute，或cmm，即立方米每分- cubic metres per minute。風(fēng)量是風(fēng)扇性能的整體衡量指標(biāo)，不受到

6、尺寸、結(jié)構(gòu)、方式的限制，也不限于直流無刷風(fēng)扇，可適用于任何空氣導(dǎo)流設(shè)備。相關(guān)元素：風(fēng)量平均風(fēng)速 x 過風(fēng)面積。可見，風(fēng)扇風(fēng)量的大小基本取決于風(fēng)速的高低與過風(fēng)面積的大小。過風(fēng)面積相同，風(fēng)速越高，風(fēng)量越大；風(fēng)速相同，過風(fēng)面積越大，風(fēng)量越大。風(fēng)冷散熱器是依靠空氣吹過散熱片，利用熱交換帶走散熱片上堆積熱量的。顯然，采用同樣的散熱片結(jié)構(gòu)與空氣流動方式，單位時間內(nèi)通過的空氣越多，帶走的熱量也就越多。因此，其它條件不變的情況下，可以說實際風(fēng)量對風(fēng)冷散熱效果起著決定性的作用。風(fēng)壓：風(fēng)壓是風(fēng)扇最重要的兩項性能指標(biāo)之一。風(fēng)壓即風(fēng)扇能夠令出風(fēng)口與入風(fēng)口間產(chǎn)生的壓強(qiáng)差，單位一般為mm（cm） water column

7、，即毫米（厘米）水柱（類似于衡量大氣壓的毫米汞柱，但由于壓強(qiáng)差較小，一般以水柱為單位）。風(fēng)壓是衡量風(fēng)扇“強(qiáng)勁”程度的重要指標(biāo)，如果將風(fēng)量比作一把武器的揮擊力量，那幺風(fēng)壓就是這把武器的鋒利程度。相關(guān)元素：風(fēng)壓主要取決于扇葉的形狀、面積、高度以及轉(zhuǎn)速，前三者的影響較為復(fù)雜，于轉(zhuǎn)速的關(guān)系則簡單直接轉(zhuǎn)速越快，風(fēng)壓越大。風(fēng)壓直接的影響到風(fēng)扇的送風(fēng)距離。風(fēng)扇出口到散熱片底部看來只有短短的幾厘米，但考慮到復(fù)雜、密集的散熱鰭片的影響，要令氣流有效地覆蓋散熱片整體并非想象中那幺簡單。散熱片設(shè)計過程中雖然會盡量避免產(chǎn)生過大的風(fēng)阻，但為了保證充足的散熱面積，對風(fēng)壓提出一定要求也是在所難免。風(fēng)壓既然是風(fēng)扇最重要的兩項

8、性能指標(biāo)之一，選擇風(fēng)扇時自然要特別注意。如果配合片狀鰭片+風(fēng)道式設(shè)計的散熱片，一般不需太大的風(fēng)壓，即可保證空氣順暢流動，達(dá)到預(yù)期效果；如果配合典型的平行片狀鰭片+頂吹式設(shè)計的散熱片，則要根據(jù)鰭片的密度和高度、鰭片間風(fēng)槽的形狀和長度選擇具有足夠風(fēng)壓的風(fēng)扇；如果配合Alpha或Swiftech等密集柱狀鰭片+頂吹式設(shè)計的散熱片，就需要風(fēng)扇具有較大的風(fēng)壓。風(fēng)扇與散熱片組合結(jié)構(gòu)等的詳細(xì)分析請見第三部分。風(fēng)扇產(chǎn)品所說明的風(fēng)量與風(fēng)壓均為理想狀態(tài)下的最大值，即風(fēng)扇入風(fēng)口與出風(fēng)口之間無壓強(qiáng)差狀態(tài)下的風(fēng)量（最大風(fēng)量），以及風(fēng)扇向密閉氣室內(nèi)吹風(fēng)，直至風(fēng)量為零狀態(tài)下氣室與外界氣壓的差值（最大靜壓）。它們并非兩個孤立

9、的性能指標(biāo)，而是互相制約著，之間的關(guān)系就是流體力學(xué)中典型的流速與壓強(qiáng)間的關(guān)系風(fēng)量隨著壓強(qiáng)差（具體而言即散熱片風(fēng)阻）的增大而減小，兩者互相制約的程度則取決于扇葉形狀與整體結(jié)構(gòu)設(shè)計。風(fēng)量、風(fēng)壓的正規(guī)測量需要借助風(fēng)洞進(jìn)行，下圖為測量風(fēng)洞原理圖：通過調(diào)節(jié)風(fēng)嘴（Nozzle）與輔助風(fēng)扇（Auxiliary Blower），控制風(fēng)量，記錄風(fēng)量（Air Flow）與壓強(qiáng)差（Air Pressure）的對應(yīng)數(shù)值，最終除了記錄最大風(fēng)量與最大靜壓（即標(biāo)稱的風(fēng)壓）外，一般還要繪制壓強(qiáng)-流量圖（即通常所稱的風(fēng)扇特性曲線圖、PQ圖），全面表現(xiàn)一款風(fēng)扇在各種壓強(qiáng)差（具體而言即散熱片風(fēng)阻）下的工作表現(xiàn)。上圖即一張典型的風(fēng)扇

10、特性曲線圖。圖中實線（FPC）為風(fēng)扇特性曲線，需由風(fēng)洞測量。虛線（SRC）為系統(tǒng)阻抗曲線，同樣需由風(fēng)洞測量。FPC與SRC的交界點即為系統(tǒng)與風(fēng)扇搭配使用的操作點OP，Qb與Pb則分別是使用中可達(dá)到的風(fēng)量與壓強(qiáng)差。以風(fēng)冷散熱器中的應(yīng)用而言，要求風(fēng)量越大越好，選擇風(fēng)扇時自然以Qb為重點參考指標(biāo)?？梢?，選擇風(fēng)扇時僅以最大風(fēng)量（Qa）與最大靜壓（Pa）來選擇并不是最適切的。但考慮到一般用戶不可能獲得詳細(xì)、確切的風(fēng)扇特性曲線與散熱片（系統(tǒng)）阻抗曲線，如此粗略判斷也是不得已而為之。轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速是風(fēng)扇各項性能指標(biāo)的根本決定因素之一。轉(zhuǎn)速即風(fēng)扇扇葉在單位時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)的周數(shù)，單位一般為rpm，即rounds per

11、 minute-轉(zhuǎn)每分。轉(zhuǎn)速是風(fēng)扇最容易測量的參數(shù)，高轉(zhuǎn)速是各種“暴力”風(fēng)扇力量的源泉，也是大噪音的根源。相關(guān)元素：轉(zhuǎn)速基本上取決于風(fēng)扇采用的電機(jī)性能。只要確定了風(fēng)扇的物理規(guī)格、結(jié)構(gòu)，各種性能就全部由轉(zhuǎn)速決定。轉(zhuǎn)速可以影響到風(fēng)速、風(fēng)量、風(fēng)壓、噪音、功率，甚至使用壽命。轉(zhuǎn)速越高，風(fēng)扇性能越強(qiáng)，即風(fēng)速越快，風(fēng)量越大，風(fēng)壓越大；同時，轉(zhuǎn)速高，摩擦、振動就多、噪音就大，軸承等損耗設(shè)備的壽命就短；轉(zhuǎn)速提高，電機(jī)消耗功率增大也是必然結(jié)果。風(fēng)扇產(chǎn)品就算不標(biāo)明風(fēng)量、風(fēng)壓，也都會標(biāo)明額定轉(zhuǎn)速；一些對各種風(fēng)扇比較熟悉的玩家更是可以根據(jù)一款風(fēng)扇的尺寸規(guī)格、扇葉形狀以及轉(zhuǎn)速判斷出它的性能。對幾種常見尺寸規(guī)格的普通軸流

12、風(fēng)扇略加說明：1.邊長6cm，轉(zhuǎn)速約3500rpm可獲得尚可的風(fēng)量及可接受的噪音，低于此轉(zhuǎn)速則可能因風(fēng)量不足而影響散熱效果；進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)速至約5000rpm，可獲得不錯的風(fēng)量與風(fēng)壓，但噪音急劇增加；轉(zhuǎn)速超過6000rpm便可列入“暴力”扇之列。2.邊長7cm，轉(zhuǎn)速約2500rpm可獲得尚可的風(fēng)量及較低的噪音，低于此轉(zhuǎn)速則可能因風(fēng)量不足而影響散熱效果；進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)速至約4000rpm，可獲得較大的風(fēng)量與風(fēng)壓，但噪音急劇增加；轉(zhuǎn)速超過5500rpm便可列入“暴力”扇之列，效果略強(qiáng)于6cm“暴力”扇。3.邊長8cm，轉(zhuǎn)速約2000rpm即可獲得不錯的風(fēng)量及很低的噪音，即便低于此轉(zhuǎn)速也可保證尚可的風(fēng)量

13、，充分體現(xiàn)了大口徑風(fēng)扇的優(yōu)勢；進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)速至約3000rpm，可獲得相當(dāng)不錯的風(fēng)量與風(fēng)壓，噪音仍然較低；轉(zhuǎn)速超過5000rpm便可列入“暴力”扇之列，噪音急劇增加，挑戰(zhàn)人耳的忍耐極限。4.邊長12cm，轉(zhuǎn)速約1200rpm即可獲得不錯的風(fēng)量及很低的噪音，低于此轉(zhuǎn)速雖然風(fēng)量尚可，但風(fēng)壓較弱，所幸多用于液冷散熱排等風(fēng)道式散熱片，用于計算機(jī)開關(guān)電源散熱則對空氣流動設(shè)計提出了一定要求；進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)速至約1500rpm，即可獲得較大的風(fēng)量，噪音仍可接受；轉(zhuǎn)速超過2000rpm，便可獲得頗大的風(fēng)量，風(fēng)壓尚可，礙于扇葉較大等不利條件，噪音會急劇增加。9cm（邊長92mm）軸流風(fēng)扇扇葉尺寸與過風(fēng)面積較8cm

14、增加不多，但可在同等的風(fēng)量下較8cm風(fēng)扇噪音更低，受到了小范圍的青睞，不過并不常見。另一種較常見散熱風(fēng)扇出風(fēng)口邊長8cm的渦輪風(fēng)扇：轉(zhuǎn)速約1500rpm即可獲得不錯的風(fēng)量及較低的噪音，低于此轉(zhuǎn)速則可能因風(fēng)量不足而影響散熱效果；進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)速至約2500rpm，可獲得不錯的風(fēng)量，且風(fēng)壓較大，噪音勉強(qiáng)可接受；轉(zhuǎn)速超過3500rpm便可列入“暴力”扇之列，由于特殊的設(shè)計結(jié)構(gòu)，噪音已可與8cm軸流“暴力”扇比肩，挑戰(zhàn)人耳的忍耐極限。壽命：壽命是風(fēng)扇在長期使用中不得不關(guān)注的一項指標(biāo)。壽命即風(fēng)扇可以無故障使用的時間，單位一般為千小時。我們花費金錢購買的風(fēng)扇，自然希望它的正常工作時間越長越好，至少也要在散熱

15、器的使用期內(nèi)正常工作。相關(guān)元素：只要沒有意外損壞，風(fēng)扇的壽命便主要取決于軸承壽命、定子繞組線圈壽命、電子組件壽命三者。軸承壽命根據(jù)不同的設(shè)計類型與工作強(qiáng)度，在1000300000小時之間。定子繞組線圈壽命在正常環(huán)境中使用一般可達(dá)幾十萬，甚至幾百萬小時以上；環(huán)境惡劣，如高溫、低溫、溫差大、濕度大等，則可能大幅縮短。電子組件壽命較定子繞組線圈壽命更長，但易受環(huán)境溫度影響，尤其高溫可大幅度縮短電子組件壽命。根據(jù)眾所周知的擋水板（或瓶頸）原理，風(fēng)扇的壽命決定于三者中最短的軸承壽命。風(fēng)扇的使用壽命還會受到工作負(fù)荷的影響：轉(zhuǎn)速越高的風(fēng)扇，其軸承磨損也就越快，定子繞組線圈與電子組件發(fā)熱也就越多，壽命必然縮短

16、。這正是在并沒有靜音需求的服務(wù)器電源領(lǐng)域廣泛采用溫控風(fēng)扇的原因合理減輕風(fēng)扇工作負(fù)荷，延長使用壽命。除了風(fēng)扇本身設(shè)計、選材的基本決定因素，正如上文所述，使用環(huán)境也會對風(fēng)扇壽命造成重要影響。高溫會加快含油軸承中潤滑液的揮發(fā)，令器件膨脹增加摩擦，令線圈電阻增大，陷入發(fā)熱增加溫度升高的惡性循環(huán)，加快電子組件老化。劇烈的溫度變化會令器件發(fā)生形變，令線圈劇烈收縮而崩斷，令半導(dǎo)體組件工作點漂移?；覊m會令扇葉質(zhì)量分布改變，增加摩擦，增大風(fēng)阻，影響自身散熱，阻礙散熱片與空氣進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生靜電放電損壞組件與設(shè)備。惡劣的使用環(huán)境可能令風(fēng)扇的效果大打折扣，且壽命大減。為散熱器或其它設(shè)備搭配風(fēng)扇時，可參考預(yù)期使用時間

17、（年數(shù)、天數(shù)等）與工作強(qiáng)度（每日工作時間）選擇足夠“長壽”的產(chǎn)品。下例粗略估算一下：正常環(huán)境下，一款壽命為10000小時的風(fēng)扇，作為計算機(jī)散熱系統(tǒng)的組成部分，每天隨計算機(jī)工作10小時，可無故障使用1000天，即接近3年時間，基本可以滿足需要。如果開機(jī)后持續(xù)運行（服務(wù)器等使用環(huán)境），則可無故障使用約417天，不足14個月，顯然不是理想的選擇，而應(yīng)根據(jù)服務(wù)器預(yù)期使用時間，選擇壽命更長的產(chǎn)品，比如大于40000小時的。此外，應(yīng)根據(jù)環(huán)境條件適當(dāng)“打折”。如前例中壽命10000小時的風(fēng)扇如果在灰塵較大的環(huán)境使用，就應(yīng)改折損為6000小時左右。故實際應(yīng)選擇壽命為15000小時以上的產(chǎn)品。噪音：噪音是各種設(shè)

18、備越來越受到關(guān)注的指標(biāo)。噪音即風(fēng)扇工作過程中產(chǎn)生的“非樂音”聲響。目前較為通行的測量標(biāo)準(zhǔn)為計權(quán)聲級測量，通常采用A聲級計權(quán)，常用單位：分貝（A）或dBA。A聲級計權(quán)模擬人耳的聽聲規(guī)律，能夠較好地反映人耳對噪聲的強(qiáng)度與頻率的主觀感覺，據(jù)此制作電計算曲線計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，具有以下優(yōu)點：1.使用單一的評價參數(shù)，方便；2.該曲線能較好地模擬人耳的聽聲特點；3.將主觀因素與客觀物理量恰當(dāng)結(jié)合起來，可用于比較不同場合的噪聲；4.可以用于做為噪聲的評價標(biāo)準(zhǔn)。噪音的強(qiáng)度主要有聲強(qiáng)與聲壓兩種衡量方式，聲強(qiáng)（聲功率）是測量物體單位時間內(nèi)發(fā)出的聲音總能量，聲壓是測量人耳收到的噪音壓強(qiáng)值，通常采用對數(shù)形式表示，是一種“相對級

19、別”，故將測量儀器稱為聲級計。原理公式如下：聲強(qiáng)級數(shù)：SILlog(I/I0)（Bel/貝爾）10 x log(I/ I0)（dB/分貝）；其中I為測量聲強(qiáng)，I010(-12) W/m2為最小可聞聲強(qiáng)。聲壓級數(shù)：Llog(p2/p02)（Bel/貝爾）10 x log(p2/p02)（dB/分貝）；其中p為測量聲壓，p0為最小可聞聲壓，單位：N/m2。由上式可見，0dB是人耳聽力的閾值。120-130dB是一般人能承受的最大聲音。一般人能夠分辨的最小聲音變化是3dB的聲壓或1.5dB的聲強(qiáng)。3dB的聲強(qiáng)增量相當(dāng)于測得的聲強(qiáng)加倍。而5dB的聲強(qiáng)增量才使人聽到的聲音響度加倍。6dB增量相當(dāng)于測得的

20、聲壓加倍，而10dB的聲壓增量才使人聽到聲音響度加倍。一些典型環(huán)境噪音聲級（聲壓）如下： 安靜的圖書館或耳語時約為30dB；一般家庭約為40dB；正常談話約為60dB；商用卡車或火車約為90dB；噴氣式飛機(jī)或起飛的火箭約為120dB；雖然噴氣式飛機(jī)的dB值看來只是安靜的圖書館的4倍，但由于采用了對數(shù)表示法，實際差距遠(yuǎn)不止于此。根據(jù)上文公式略加計算可知，兩者測量聲壓的比值為p1/p210(120/20)/10(30/20)106/101.5104.531622.78，即噴氣式飛機(jī)的噪音對人耳造成的聲壓是安靜圖書館中的31622.78倍！目前風(fēng)扇廠家的風(fēng)扇噪音測試多為聲壓測量，下文如無特別說明，所

21、提到聲級均為聲壓測量結(jié)果。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試是在背景噪音低于15dBA的靜音室中，將風(fēng)扇固定于減震支架之上，以聲級計在風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)側(cè)軸向距離1m的位置進(jìn)行測量，或完全記錄下工作噪音，進(jìn)而進(jìn)行詳細(xì)分析。噪音是風(fēng)扇除性能之外，影響“適用性”的重要參數(shù)。長時間處于高聲級噪音環(huán)境絕對是對人身體與精神的摧殘！相關(guān)元素：風(fēng)冷散熱器的工作噪音主要有三個來源：軸承的摩擦與振動、扇葉的振動、風(fēng)噪。1.軸承的摩擦與振動：不但產(chǎn)生噪音，而且影響性能，縮短器件壽命，降低能源利用效率，是產(chǎn)品設(shè)計中盡量解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。2.扇葉的振動：一般采用塑料制作的風(fēng)扇扇葉具有一定的韌性，可以承受一定程度的物理形變，同樣也會在推動空氣過程中

22、因受力發(fā)生振動，但幅度一般較小。另一種較為嚴(yán)重的振動則是由于扇葉質(zhì)量分布不均，質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)軸心存在偏心距所致。當(dāng)扇葉面積（質(zhì)量）或偏心距較大的情況下，可能會帶動風(fēng)扇甚至散熱器整體發(fā)生振動，進(jìn)而波及整個機(jī)箱。如果發(fā)生此類現(xiàn)象，則應(yīng)懷疑風(fēng)扇品質(zhì)與工作狀態(tài)。3.風(fēng)噪：流動的空氣之間互相沖擾，與周圍物體發(fā)生摩擦，葉片對氣流的分離作用，周期性送風(fēng)的脈動力等，都會產(chǎn)生噪音。空氣流速越快，湍流越多，往往風(fēng)噪也越大，而且會隨著風(fēng)速的提高呈加速度增大。普通的軸流風(fēng)扇會在扇葉與外框間的空隙處產(chǎn)生反激氣流，產(chǎn)生較大風(fēng)噪的同時，更會對風(fēng)量造成不利影響，也正因此出現(xiàn)了折緣、側(cè)進(jìn)風(fēng)等改良設(shè)計。噪音的主要影響就體現(xiàn)在使用者的

23、身心健康與安全之上，而與噪音相伴的振動則可能導(dǎo)致芯片磨損、接口松動、盤片劃傷等危及使用的現(xiàn)象。選擇風(fēng)扇時，應(yīng)當(dāng)關(guān)注風(fēng)扇的工作噪音，要求自然是越小越好。但廠家在產(chǎn)品參數(shù)中所提供的噪音數(shù)據(jù)，往往與實際使用中的效果存在一定差距，不可直接以之為準(zhǔn)，這主要是由于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試方法與實際使用環(huán)境存在差別所致。1.首先，日常生活中的背景噪音遠(yuǎn)高于靜音室中15dBA的背景噪音。一般城市，非靠近交通干道的居民小區(qū)，深夜的背景噪音在3035dBA之間，而日間則在4050dBA。2.其次，靜音室內(nèi)壁材料具有吸音、隔音的效果，于進(jìn)風(fēng)側(cè)測量無法反映出風(fēng)扇送出氣流產(chǎn)生的聲壓，而實際使用中用戶無法回避。3.再者，風(fēng)扇單獨工作

24、與安裝到散熱片上的工作噪音差別巨大。有經(jīng)驗的用戶都知道：風(fēng)冷散熱器的噪音大部分來自氣流高速通過散熱鰭片時產(chǎn)生的風(fēng)噪與摩擦音，而風(fēng)扇本身的工作噪音只占較小的一部分。多數(shù)散熱器所標(biāo)注的噪音也僅是所配風(fēng)扇單獨工作噪音，而非整體工作噪音，廠家沒有明確說明則略有誤導(dǎo)之嫌。4.此外，實際使用中用戶與散熱器風(fēng)扇間的距離一般都在1m以內(nèi)，如果再考慮到機(jī)箱的隔音效果、小房間內(nèi)的回聲等影響，具體情況難以判斷。當(dāng)然，這是任何“標(biāo)準(zhǔn)化”的測試都無法解決的問題，只能建議希望減輕噪音損害的用戶不影響使用的同時盡量拉大與噪聲源之間的距離，選用隔音效果更好機(jī)箱，房間裝修時采用吸音材料。因此，為了更加接近用戶在實際使用中的狀態(tài)

25、在進(jìn)行風(fēng)冷散熱器測試時，訂立了一套自己的噪音測試標(biāo)準(zhǔn)：1.環(huán)境噪音低于35dBA，即日常生活能夠達(dá)到的最低聲級水平；2.對風(fēng)冷散熱器整體進(jìn)行測試，如具風(fēng)扇調(diào)速或類似功能則分別測量最高與最低轉(zhuǎn)速時的噪音聲級；3.風(fēng)冷散熱器平置于橡膠減震墊之上，與聲級計距離保持50cm，之間無任何遮蔽物，反向距墻壁（無軟性裝飾材料）50cm，另兩側(cè)距墻壁3m以上；采用此套標(biāo)準(zhǔn)可以保證：用戶實際使用中，只要不發(fā)生共振、異物阻塞等特殊情況，所需忍受的噪音聲級最高水品不超過測量值。盡量不對讀者造成誤導(dǎo)在測試中受到好評，實際使用卻令人失望，甚至難以忍受。建立自己的標(biāo)準(zhǔn)是一回事，風(fēng)扇標(biāo)注的噪音參數(shù)也還有其意義所在雖然與實際

26、使用情況存在一定差別，但仍可作為參考數(shù)據(jù)，值得注意。根據(jù)經(jīng)驗：標(biāo)稱噪音低于27dBA的風(fēng)扇，均可歸入靜音之列；標(biāo)稱噪音2733dBA的風(fēng)扇，勉強(qiáng)可算“安靜”，但無法忽視其存在；標(biāo)稱噪音3340dBA的風(fēng)扇，單獨工作已經(jīng)令人感到嘈吵，配合散熱片后更甚；標(biāo)稱噪音在40dBA之上的風(fēng)扇，一般為強(qiáng)勁的“暴力”扇，本身工作噪音已不容小覷，搭配散熱片后長期使用絕對是對人耳忍耐限度的挑戰(zhàn)。功率：功率是風(fēng)扇重要的性能指標(biāo)之一，變相體現(xiàn)了風(fēng)扇的性能。功率即風(fēng)扇單位時間內(nèi)所消耗的能量（電能），單位為W-瓦。正如關(guān)心“廉頗老矣”時，會詢問“尚能飯否”，能“吃”的風(fēng)扇往往也有更強(qiáng)勁的性能。功率從另外一個角度體現(xiàn)了風(fēng)扇

27、的性能。常見的直流無刷風(fēng)扇產(chǎn)品上通常不會直接標(biāo)明功率，而是標(biāo)注額定工作電壓與最大電流，將兩個數(shù)值相乘即可得到風(fēng)扇額定電壓下的最大功率。相關(guān)元素：風(fēng)扇的輸入功率可劃分為有用功率與無用功率兩部分。有用功率即最終驅(qū)動扇葉轉(zhuǎn)動的功率，稱作輸入軸功；無用功率則包括組件電阻損耗、機(jī)械摩擦損耗及振動損耗等。有用功率與消耗總功率的比值即風(fēng)扇的能量轉(zhuǎn)換效率，自然是越高越好_。除風(fēng)扇能量轉(zhuǎn)換效率外，還有一類重要的風(fēng)扇效率，即輸入軸功轉(zhuǎn)換為流體（空氣）動能的效率。常用的有3種考察方式：全壓效率輸出全壓流功/輸入軸功x 100；靜壓效率輸出靜壓流功/輸入軸功x 100；水力效率實際全揚程/理想全揚程 x 100；3種

28、風(fēng)扇效率分別與最大風(fēng)量、最大靜壓及實際工作點密切相關(guān)，是檢驗風(fēng)扇設(shè)計改進(jìn)成果的重要指標(biāo)。以輸出全壓流功率為例，設(shè)風(fēng)扇出風(fēng)口各點風(fēng)速均等，則有如下公式：輸出全壓流功率1/2 x m/t x V21/2 x (S x V x ) x V21/2 x Q x x V21/2 x S x x V31/2 x x Q3/S2；其中：m/t為單位時間內(nèi)帶動空氣的質(zhì)量，V為風(fēng)速，S為出風(fēng)口面積，為空氣密度，Q為風(fēng)量。如果考慮到出風(fēng)口各點的不同風(fēng)速，則要以V為變量，S為微元，根據(jù)1/2 x S x x V3公式在出風(fēng)口平面上計算曲面積分，分析較為復(fù)雜，此處不進(jìn)行詳細(xì)討論。只要根據(jù)上述公式對風(fēng)扇功率與風(fēng)速、風(fēng)量

29、的數(shù)量級關(guān)系有所了解，就達(dá)到了目的。風(fēng)扇設(shè)計確定后，全壓效率確定，若能量轉(zhuǎn)換效率恒定，從上面公式可以看到：出風(fēng)面積固定后，功率與風(fēng)速（風(fēng)量）的3次方同步增長；相同風(fēng)量的風(fēng)扇，過風(fēng)面積越大，功率越小。因此，功率主要取決于風(fēng)量與尺寸規(guī)格。功率會隨著風(fēng)量（風(fēng)速）的增大急劇增加，增大口徑則有利于控制功率。無用功率主要取決于組件、材料的選擇及設(shè)計上對摩擦、振動等的控制。組件電阻損耗是各種電氣設(shè)備中不可避免的，只能通過提高組件選材規(guī)格盡量控制。要減少振動、摩擦等損耗，風(fēng)扇的軸承是重點所在，廠家會在設(shè)計過程中花費大量精力進(jìn)行研究與開發(fā)?？梢哉f，對無用功率的控制、風(fēng)扇效率的提高是廠家技術(shù)實力與產(chǎn)品用料品質(zhì)的重

30、要體現(xiàn)。通常而言，風(fēng)扇性能越強(qiáng)，即輸出全壓流功率、輸出靜壓流功率、理想全揚程越大（全部提高或某一、兩項提高都是性能提升的表現(xiàn)），總功率自然水漲船高。相同規(guī)格與設(shè)計的風(fēng)扇，簡單的比較標(biāo)稱功率大小就可以明顯的判斷出性能強(qiáng)弱；相同性能的風(fēng)扇，輸入功率越小則說明設(shè)計、用料越優(yōu)秀。選擇風(fēng)扇時，除了通過功率判斷性能外，還要注意較大功率風(fēng)扇對供電方式的特殊要求，以免無法正常使用。一般而言，額定電壓12V的直流風(fēng)扇（計算機(jī)中使用的散熱風(fēng)扇大多屬于此類），普通產(chǎn)品最大電流不超過0.5A，各種主板都可負(fù)擔(dān)；而大于此數(shù)值的，則由于主板設(shè)計原因，可能在部分主板上無法正常使用，建議采用外接電源；最大電流超過1A的，一般

31、主板都無法正常驅(qū)動，多直接采用大4pin接口供電。各種“暴力”風(fēng)扇的功率都不可小覷，選購時應(yīng)注意供電方式，適當(dāng)搭配轉(zhuǎn)接線。常見的6cm“暴力”風(fēng)扇，最大電流都在0.5A以上，8cm“暴力”風(fēng)扇最大電流則全面超過0.8A，1A以上也屬“正?！?。扇葉：常見的風(fēng)扇扇葉截面曲線，一般基于Joukowski（茹科夫斯基，俄國著名的空氣動力學(xué)家，當(dāng)代航空科學(xué)的開拓者，提出了茹科夫斯基函數(shù)，奠定了機(jī)翼空氣動力計算的理論基礎(chǔ)）機(jī)翼截面曲線設(shè)計，再按照設(shè)計需要，根據(jù)葉片根部及端部與旋轉(zhuǎn)軸之夾角、根部及端部寬度等數(shù)據(jù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)堆迭，形成三維扇葉曲面，并進(jìn)行曲線擬合，最終完成整個扇葉模型設(shè)計。扇葉的性能受到眾多參數(shù)的

32、影響，如層迭高度、葉片曲率、葉片傾角、葉片間距、葉片厚度、葉片數(shù)目、葉片沖角、葉端間隙、葉片寬度、主軸直徑等等，且各參數(shù)間互相制約，關(guān)系復(fù)雜。不斷的調(diào)整各項參數(shù)，尋找最適合目標(biāo)工作要求的組合，便是進(jìn)行扇葉設(shè)計的研究人員所從事的工作。若要將這些參數(shù)全部解釋清楚并加以分析，足以寫出幾篇博士論文了，但本文只是淺要分析風(fēng)冷散熱器的相關(guān)技術(shù)，實無此必要，筆者也尚無此能力-_-。因此，僅將幾個用戶較為關(guān)注的參數(shù)略加介紹：葉片曲率：在一定范圍內(nèi)，葉片曲率越大，相同轉(zhuǎn)速下，氣體動能也就越大，即風(fēng)量與風(fēng)壓越大；同時，葉片所受的阻力也越大，要求電機(jī)的扭力更大。當(dāng)弧高/弦長的比值超過0.1時，升力系數(shù)便不再呈線性增

33、加，故“一定范圍”即0.05弧高/弦長0.1。葉片傾角：傾角越大，葉片上下表面間壓力差越大，相同轉(zhuǎn)速下風(fēng)壓越大；但上表面壓力過大，可能產(chǎn)生回流現(xiàn)象，反而降低風(fēng)扇性能。因此，葉片傾角也應(yīng)在一定限度內(nèi)提升。葉片間距：葉片間的距離過小，會導(dǎo)致氣流擾動，增加葉片表面的摩擦，降低風(fēng)扇效率；葉片間的距離過大，則會導(dǎo)致壓力損失增大，風(fēng)壓不足。葉片數(shù)目：各種規(guī)格風(fēng)扇葉片的截面曲線、傾角等基本相若，每片葉片寬度往往取決于扇葉的高度。為了保證葉片間距不致過大，影響風(fēng)壓，徑高比較小（即相對較?。┑娘L(fēng)扇多采用增加葉片數(shù)目的方法彌補。不論葉片數(shù)目是多是少，軸流風(fēng)扇的葉片數(shù)目卻往往是3、7、11等奇數(shù)，這是由于若采用偶數(shù)

34、片形狀對稱的扇葉，又沒有調(diào)整好平衡，很容易使系統(tǒng)發(fā)生共振，倘葉片材質(zhì)又無法抵抗振動產(chǎn)生的疲勞，將會使葉片或心軸發(fā)生斷裂，因此多設(shè)計為關(guān)于軸心不對稱的奇數(shù)片扇葉設(shè)計。這一原則普遍應(yīng)用于包括部分直升機(jī)螺旋槳在內(nèi)的各種扇葉設(shè)計中。葉端間隙：如何調(diào)整扇葉與外框之間所存在的間隙是風(fēng)扇設(shè)計中的一大難題。間隙過小會令此間氣流與葉片、外框發(fā)生摩擦，增大噪音；增大間隙則會由于反激氣流等影響耳降低風(fēng)扇效率間隙增大1，則全壓功率下降約2。葉片弧度：扇葉除了在截面上具有一定曲率外，在俯視平面內(nèi)也并非沿著徑向筆直延伸，而是向著旋轉(zhuǎn)方向略有彎曲，呈一定弧度。如果葉片沿徑向筆直延伸，風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)所帶動的氣流在出風(fēng)口一側(cè)將呈散射

35、狀，送風(fēng)距離短，且“力量”不集中；如現(xiàn)行產(chǎn)品版略帶弧度，則可保證吹出氣流集中在出風(fēng)口正前方的柱狀空間內(nèi)，增加送風(fēng)距離與風(fēng)壓。主軸直徑：由于電機(jī)與軸承的存在，軸流風(fēng)扇主軸所在的中心部分難免一定無氣流通過的盲區(qū)，主軸直徑便決定著此盲區(qū)的大小。主軸直徑的大小則主要取決于風(fēng)扇電機(jī)的功率大功率的電機(jī)需要更大的定子繞組線圈，必然占用更多的空間，在無法縱向擴(kuò)展（增加高度）的情況下，便只好橫向擴(kuò)展（增大面積）。葉片光滑度：這是一項非設(shè)計因素影響的指標(biāo)，基本上取決于生產(chǎn)者的模具成形與后期處理工藝。在設(shè)計曲線之外，葉片上的不平整會在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生紊流，增加摩擦，降低風(fēng)扇效率，折損風(fēng)扇性能，增大工作噪音。因此，應(yīng)對葉片

36、表面的光滑度嚴(yán)格控制，如果所購產(chǎn)品處理不佳，則應(yīng)考率采用手工打磨等后續(xù)手段彌補。雖然風(fēng)扇的扇葉截面曲線多源于同一基礎(chǔ)，所能進(jìn)行的各種調(diào)整也都被限制在了一定范圍之內(nèi)，但還是有一些廠家作出了較大的改進(jìn)，提出了很有特色的設(shè)計。由于對扇葉設(shè)計的改進(jìn)大多涉及到外框設(shè)計的變化，我們將在稍后結(jié)合外框設(shè)計一齊介紹。外框：風(fēng)扇的外框是風(fēng)扇的所有部件的安身之地，保證各種部件穩(wěn)固的安裝其上是它最基本的功能。同時，它還應(yīng)保證所采用材料與結(jié)構(gòu)具有一定的強(qiáng)度，可以在一定程度內(nèi)承受物理沖擊，保護(hù)扇葉、電機(jī)等較脆弱的組件。外框是風(fēng)扇尺寸規(guī)格的最終體現(xiàn)者，還決定著具體的安裝方式與難易程度。風(fēng)扇外框上一處獨具匠心的設(shè)計，就可能在

37、不違背通行標(biāo)準(zhǔn)的同時，帶用戶的安裝、使用過程帶來方便與體貼。風(fēng)扇的外框除了作為裝配的基礎(chǔ)、安裝的支架外，還對通過風(fēng)扇的空氣起著不可忽視的導(dǎo)流作用。外框可以對扇葉所帶動的氣流進(jìn)行“約束”，控制其流出方向，抑制反激與散射，令其集中于所希望的送風(fēng)方向。此外，還可以通過一些特殊設(shè)計，達(dá)到增大風(fēng)壓等特殊效果。扇葉&外框特殊設(shè)計：風(fēng)扇的外框設(shè)計與扇葉設(shè)計密不可分，下面就介紹幾種目前較常見的特殊扇葉與外框設(shè)計：折緣風(fēng)扇：如上文所述，扇葉與外框的間隙對風(fēng)扇的效能與噪音有著重要的影響。AVC便在現(xiàn)有扇葉設(shè)計的基礎(chǔ)之上進(jìn)行了改進(jìn)，并將之命名為“龍手翼”。葉片的末端略微向上折起，減弱邊緣部分的風(fēng)速，進(jìn)而減小反激氣流

38、與摩擦，性能較傳統(tǒng)設(shè)計有所提高的同時，工作噪音進(jìn)一步下降。典型的以退為進(jìn)戰(zhàn)術(shù)！側(cè)進(jìn)風(fēng)風(fēng)扇：同樣為了解決葉端間隙的問題，AVC對葉片設(shè)計進(jìn)行了改進(jìn)，Tt-曜越科技則在外框上下了工夫。略微縮小葉端間隙，并在外框上開出4道風(fēng)槽，令外框不僅起到導(dǎo)流作用，更增加了進(jìn)風(fēng)途徑，減少了反激氣流。減少工作噪音的同時，令性能（風(fēng)量）進(jìn)一步提高。因此，Tt為它起名為“SilentBoost”。三葉風(fēng)扇：風(fēng)扇只有三片扇葉并不出奇，最常見的電風(fēng)扇便是如此，但在小型直流無刷風(fēng)扇上采用這種設(shè)計并不多見。如前文所述，葉片數(shù)量過多、距離過近，會增加氣流擾動與葉片表面摩擦，降低風(fēng)扇效率，增大工作噪音。Tt便為一些不需太大風(fēng)壓的散

39、熱片搭配了這種8cm的“TripleBlade”三葉風(fēng)扇。減少了葉片數(shù)量，為了增大葉片面積，傾角也隨之減小，因此風(fēng)壓有一定幅度的減弱。雖然風(fēng)壓不足，但葉片間的距離較大，風(fēng)扇效率提高，保證最大風(fēng)量尚可的同時，降低工作噪音。外框?qū)Я髌呵拔囊呀?jīng)提及，有的風(fēng)扇在外框的出風(fēng)口一側(cè)增加了與扇葉形狀相似，但彎曲反向相反的導(dǎo)流片，為氣流再添一道“約束”。可令氣流更加集中，縮小盲區(qū)，并進(jìn)一步增強(qiáng)風(fēng)壓；但氣流的沖擾與更多的摩擦，無疑會增大工作噪音。典型代表為Delta-臺達(dá)的FFB系列軸流風(fēng)扇。以著名的FFB8012EHE“暴力”扇為例：8038規(guī)格、滾珠軸承、5700rpm、額定電壓12V、額定電流1.35A

40、、最大風(fēng)量2.270cmm、最大靜壓20.63mm水柱。它其實就是在8020規(guī)格的軸流風(fēng)扇基礎(chǔ)之上增加了9片高約18mm反向彎曲的導(dǎo)流片。多道葉片風(fēng)扇：更有甚者，不滿足于反向彎曲的出風(fēng)口導(dǎo)流片所增加的風(fēng)壓，采用了更加極端的多道葉片設(shè)計，其中主要以兩道葉片風(fēng)扇為主。兩道葉片的傾角相反，彎曲方向相反，旋轉(zhuǎn)方向相反，由兩個電機(jī)分別驅(qū)動，在最大風(fēng)量不變的情況下，可提供幾乎翻倍的最大靜壓。典型代表為Delta-臺達(dá)的GFB系列雙道葉片軸流風(fēng)扇。CoolerMaster新近推出的“DualStorm”也屬此類。渦輪風(fēng)扇：與軸流風(fēng)扇并駕齊驅(qū)的另一大類空氣導(dǎo)流設(shè)備就是Blower了，譯為中文即吹風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)。

41、日常生活中最為常見的就是那種維持大型充氣玩具的，蝸牛殼一樣的鼓風(fēng)機(jī)。點擊上圖看大圖吹風(fēng)機(jī)的工作方式與軸流風(fēng)扇有較大的不同，反而與水泵較為相似。它的扇葉與旋轉(zhuǎn)面垂直，呈環(huán)形排列，空氣由軸向進(jìn)入環(huán)形扇葉包圍的空間，被扇葉旋轉(zhuǎn)帶動的離心效應(yīng)橫向甩出，通過直板狀截面同樣基于Joukowski機(jī)翼截面曲線設(shè)計的扇葉時受到推壓，沿扇葉旋轉(zhuǎn)方向的切線吹出，在扇葉外圍形成一道旋渦狀的散射氣流，再受到蝸牛殼狀外框的導(dǎo)流，從一側(cè)的開口切向吹出。吹風(fēng)機(jī)的優(yōu)勢在于：1.可根據(jù)使用需要，大范圍的對葉片長度、葉片寬度、葉片數(shù)量、出風(fēng)口形狀等進(jìn)行調(diào)整；2.離心式導(dǎo)流，送出氣流平順、集中，湍流少，無盲區(qū)；3.葉片數(shù)量多，過風(fēng)

42、面上的總投影面積甚至大于過風(fēng)面積，利用離心效應(yīng)，較軸流風(fēng)扇可提供更大的風(fēng)壓；CoolerMaster在傳統(tǒng)的吹風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)之上，根據(jù)風(fēng)冷散熱器的需要進(jìn)行了修改增大葉片長度，提升風(fēng)量；簡化導(dǎo)流罩，縮小體積，增大出風(fēng)口面積并推出了采用此種風(fēng)扇的“龍卷風(fēng)”系列散熱器。Tt也有類似產(chǎn)品推出。無框風(fēng)扇：有些情況下，外框的導(dǎo)流作用已經(jīng)不是必須，甚至有一定的負(fù)面影響，或?qū)Π惭b存在阻礙，它便被“拋棄”了_。目前較常見于一些圓形放射狀散熱器，尤其是風(fēng)扇內(nèi)置型。典型代表為Zalman CNPS7000A，及Intel為盒裝Prescott搭配的“太陽花”。倒懸風(fēng)扇：外框不僅對空氣有導(dǎo)流作用，出風(fēng)側(cè)一些“多余”部分還會擾流，對效能產(chǎn)生負(fù)面影響，主軸支架就是一例。Arctic Cooling針對此種狀況，推出了扇葉倒懸的Fan Pro系列風(fēng)扇。此系列風(fēng)扇的電機(jī)