9 風(fēng)扇103
9.1 風(fēng)扇類型介紹103
9.1.1 軸流風(fēng)扇 103
9.1.2 離心風(fēng)扇 103
9.1.3 混流式風(fēng)扇 103
9.2 風(fēng)機特性曲線和工作點103
9.2.1 無遮擋風(fēng)扇 103
9.2.2 受遮擋風(fēng)扇 104
9.3 噪音特性104
9.4 風(fēng)扇熱功耗的估計105
9.4.1 簡單的熱平衡 105
9.4.2 效率曲線 106
9.5 Swirl106
9.6 風(fēng)扇氣流短路106
9.7 旁通107
9.8 死區(qū)107
9.9 離心風(fēng)扇107
9.9.1 RL90-18/24 108
9.9.2 RLF100-11/2 108
9.9.3 RG125 – 19/12 N 109
9.9.4 通過Flotherm網(wǎng)頁建立離心風(fēng)機 109
15 風(fēng)扇 130
風(fēng)扇工作點和系統(tǒng)阻力特性
風(fēng)扇使用壽命
入口或者出口風(fēng)扇
系統(tǒng)阻力特性
====================
9 風(fēng)機
9.1 風(fēng)機類型介紹
來源：W. Angelis: “General aspects of fan selection and layout”, Electronics Cooling Magazine 7(2) (2001)
S. Harmsen: “Papst Lüfter”, Ask your local Papst sales person for a copy.
小型通風(fēng)設(shè)備一般稱為風(fēng)機。根據(jù)風(fēng)機的結(jié)構(gòu)和氣流流動方向，可以對風(fēng)機進行分類。下面對最重要的風(fēng)機類型進行描述。
9.1.1 軸流風(fēng)扇
電子散熱領(lǐng)域軸流風(fēng)扇通常有一渦殼，并且其旋轉(zhuǎn)葉輪與馬達相連。
軸流風(fēng)扇葉片
9.1.2 離心風(fēng)扇
進出口空氣成90℃。根據(jù)旋轉(zhuǎn)葉片大于90℃或小于90℃，這一葉片可以分為前向和后向。
具有后向葉片的離心風(fēng)扇
9.1.3 混流式風(fēng)扇
由于混流式風(fēng)扇在外形上與軸流風(fēng)扇相似，所以有時被稱為半軸流（semi-axial）風(fēng)機。在混合式風(fēng)扇中，空氣由葉輪軸方向進入并且成對角排出。所以混流式風(fēng)機是介于軸流風(fēng)扇和離心風(fēng)扇之間的一種風(fēng)扇。混流式風(fēng)扇比相同尺寸和轉(zhuǎn)速下的軸流風(fēng)扇有更高的壓頭，當(dāng)然這一壓頭值比相同尺寸和轉(zhuǎn)速下的離心風(fēng)扇來的小。
9.2 風(fēng)機特性曲線和工作點
9.2.1 無遮擋風(fēng)扇
風(fēng)機的工作點是風(fēng)機的特性曲線和管路阻力特性曲線的交點。
風(fēng)機特性曲線和管理特性曲線
建議：建議風(fēng)機的工作點位于風(fēng)機特性曲線的右下側(cè)。
9.2.2 受遮擋風(fēng)扇
嚴(yán)格說來，產(chǎn)品說明書中的風(fēng)機特性曲線只是風(fēng)機在測量條件下的特性。如果風(fēng)機附近有東西遮擋，則風(fēng)機特性曲線有可能發(fā)生翹曲。
如果風(fēng)機受到壁面的遮擋，則其風(fēng)機特性曲線翹曲
9.3 噪音特性
下圖顯示了一個軸流風(fēng)扇和離心風(fēng)扇的噪音特性曲線，在風(fēng)扇入口1m處測量所得的聲壓是流量的函數(shù)。
軸流風(fēng)扇和離心風(fēng)扇聲壓特性曲線（實線、左軸）和風(fēng)扇特性曲線（虛線、右軸）的比較
對于上述的軸流風(fēng)扇其推薦的工作點在V=35M3/s ，此時其噪音最小。更低的噪音意味著軸承所受的應(yīng)力更小，由此可以增加風(fēng)扇的壽命。
換而言之：風(fēng)機的最佳工作點不是在最大體積流量處，而是在風(fēng)扇的最佳性能處。流量和壓力的乘積單位為：
9.4 風(fēng)扇熱功耗的估計
風(fēng)扇本身也會產(chǎn)生熱量，可以對風(fēng)扇結(jié)構(gòu)對話框中疊加風(fēng)扇功耗。
注意：不要將Data Sheets中的功率值作為風(fēng)扇的熱功耗。
9.4.1 簡單的熱平衡
一個簡單的風(fēng)扇功耗平衡可以表述為：靜能（Static energy）＋動能（Kinetic energy）＋熱功耗＝電能
9.4.2 效率曲線
Harmsen給出了典型軸流風(fēng)扇的效率曲線。在效率為0.7時：
缺原文檔中的９．５ “Synopsis of Fan Data”
9.5 Swirl
當(dāng)風(fēng)扇葉片沒有很大的反壓力時，其旋轉(zhuǎn)分量大約為向前速度的 ，也就是說高速的風(fēng)機其旋轉(zhuǎn)分量較小。如果風(fēng)扇的背壓比較高，則其旋轉(zhuǎn)分量為向前速度的 倍。
Flotherm中Flow Dependent Speed Swirl模型使用的是基于Papst相關(guān)信息的半經(jīng)驗公式進行設(shè)置?？梢詮南聢D中得到風(fēng)扇Swirl對靜壓的反作用：
一個具有固定壓力損失軸流風(fēng)扇旋流分量隨流動變化圖。左邊刻度：靜壓。高壓時具有高角速度（旋流），低壓時具有高垂直速度。
注意：在Flotherm中定義Swirl方向為Clock-/counterclock wise是基于風(fēng)扇的出口面（從上往下觀察）。與之不同，Papst產(chǎn)品目錄中風(fēng)扇旋流是基于入口面（從下往上觀察）。
9.6 風(fēng)扇氣流短路
每一類風(fēng)機都要確保氣流不短路，有時需要加裝隔板。當(dāng)風(fēng)扇處于氣流短路狀態(tài)下，其效率非常低。
左圖：風(fēng)扇短路，右圖：良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計
9.7 旁通
空氣總是沿著阻力最小的通道流動。當(dāng)空氣流過散熱器時比較容易出現(xiàn)旁通現(xiàn)象。
風(fēng)扇氣流旁通散熱器
詳細(xì)的資料可以參閱：R. Simons: “Estimating The Effect Of Flow Bypass On Parallel Plate-Fin Heat Sink Performance“, Electronics Cooling Magazine 10 (1) p.6 (2004)
9.8 死區(qū)
在軸流風(fēng)扇Hub的后面存在一個氣流死區(qū)。在這一區(qū)域無法對器件進行冷卻。死區(qū)的范圍是大約以Hub直徑為直徑的半球范圍。所以散熱器和元件不能太靠近軸流風(fēng)扇。
9.9 離心風(fēng)扇
來源：S. Ziegler, H-H. Böttcher: “Erweiterung der Programmbibliothek eines modernen CFD-Tools durch Erfassen und Implementieren von Messdaten verschiedener Radiallüfter“. Studienarbeit Berufsakademie Stuttgart (2005)
其中主要的工作是獲取有關(guān)流場定性和定量的數(shù)據(jù)。采用紡織線可以獲得定性的結(jié)果，使用風(fēng)速儀可以獲得定量的結(jié)果。下面是一些emb-Papst風(fēng)扇的定量數(shù)據(jù)測試。
9.9.1 RL90-18/24
RL90-18/24的流動跡線
9.9.2 RLF100-11/2
我們可以從下圖中看到，RLF100-11/2的流場比RL90-18/24更平穩(wěn)。
RLF100-11/2流動跡線圖
9.9.3 RG125 – 19/12 N
和RLF100-11/2不相同，RG125 – 19/12 N的風(fēng)扇出口高度和風(fēng)扇高度不一樣。所以流場受到了限制，并且風(fēng)扇的出口速度有一角度。
9.9.4 通過Flotherm網(wǎng)頁建立離心風(fēng)機
可以通過登陸到Flotherm網(wǎng)頁，輸入相關(guān)的數(shù)據(jù)來建立離心風(fēng)機模型。
Flotherm資料下載: 使用Flotherm進行電子散熱仿真過程中涉及的物理學(xué)原理.pdf
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