衡量一款風(fēng)扇的品質(zhì)

1、衡量一款風(fēng)扇的品質(zhì)， 最重要的兩個(gè)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。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(huì)利用增加的高度在外框上添加導(dǎo)流片或改

2、變扇葉旋轉(zhuǎn)面方向（即非軸流風(fēng)扇）等。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(xiàng)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(dòng)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(jì)算， 一般不用來表示風(fēng)扇的性能。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(jì)、面積、高度 的影響較為復(fù)雜；風(fēng)扇轉(zhuǎn)速越快，風(fēng)速越快，則是顯而易見的常識。風(fēng)量：風(fēng)量是風(fēng)扇最重要的兩項(xiàng)性能指標(biāo)之一。風(fēng)量即單位時(shí)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

3、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。風(fēng)量=平均風(fēng)速 x過風(fēng)面積?？梢?，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)壓：風(fēng)壓是風(fēng)扇最重要的兩項(xiàng)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） watercolu mn,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

4、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,那么風(fēng)壓就是這把武器的鋒利程度。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)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(gè)孤立的性能指標(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(jì)。轉(zhuǎn)速

5、：轉(zhuǎn)速是風(fēng)扇各項(xiàng)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(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)的周數(shù)， 單位一般為 rpm ，即 rounds per 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。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?zèng)Q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(shí)，轉(zhuǎn)速高，摩擦、振動(dòng)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。扇葉：常見的風(fēng)扇扇葉截面曲線，

6、一般基于Joukowski （茹科夫斯基，俄國著名的空氣動(dòng)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(dòng)力計(jì)算的理論基礎(chǔ)） 機(jī)翼截面曲線設(shè)計(jì)， 再按照設(shè)計(jì)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)堆疊， 形成三維扇葉曲面， 并進(jìn)行曲線擬合， 最終完成整個(gè)扇葉模型設(shè)計(jì)。扇葉的性能受到眾多參數(shù)的影響，如層疊高度、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(xiàng)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(jì)的研 究人員所從事的工作。 若要

7、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(shí)無此必要，筆者也尚無此能力-_-。因此，僅將幾個(gè)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(dòng)能也就越大，即風(fēng)量與 風(fēng)壓越大；同時(shí)，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(shí)，升力系數(shù)便不再呈線性增加，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

8、： 葉片間的距離過小， 會(huì)導(dǎo)致氣流擾動(dòng)， 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(huì)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(bǔ)。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)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(dòng)產(chǎn)生的疲勞， 將會(huì)使葉片或心軸發(fā)生斷裂， 因此多設(shè) 計(jì)為關(guān)于軸心不對稱的奇數(shù)片扇葉設(shè)計(jì)。 這一原則普遍

9、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(jì)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(jì)中的一大難題。間隙過小會(huì)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(huì)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(dòng)的氣 流在出風(fēng)口一側(cè)將呈散射狀，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

10、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(xiàng)非設(shè)計(jì)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(jì)曲線之外，葉片上的不平整會(huì)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(bǔ)。 風(fēng)冷散熱器的工作噪音主要有三個(gè)來源

11、：軸承的摩擦與振動(dòng)、扇葉的振動(dòng)、風(fēng)噪。1.軸承的摩擦與振動(dòng)：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(jì)中盡量解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。2.扇葉的振動(dòng)：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(huì)在推動(dòng)空氣過程中因受力發(fā)生振動(dòng)， 但幅度一般較小。 另一種較為嚴(yán)重的 振動(dòng)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(huì)帶動(dòng)風(fēng)扇甚至散熱器整體發(fā)生振動(dòng)， 進(jìn)而波及整個(gè)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(dòng)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(dòng)力等，都會(huì)產(chǎn)生噪音?？諝饬魉僭娇?，湍流越多，往往風(fēng)噪也越大，而且會(huì) 隨著風(fēng)速的提高呈加速度增大。普通的軸流風(fēng)扇會(huì)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(shí)， 更會(huì)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(jì)。噪音的主要影響就體現(xiàn)在使用者的身心健康與安全之上，致芯片磨損、接口松動(dòng)、盤片劃傷等危及使用的現(xiàn)象。選擇風(fēng)扇時(shí)， 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(shí)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(shí)際使用環(huán)境存