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散熱風扇常見技術指標解析

 

 


對風冷散熱器而言,最終都要通過風扇的強制對流來加快熱量的散發,因此一款風扇的好壞,對整個散熱效果起到了決定性的作用。配備一個性能優良的CPU風扇也是保證整部電腦順利運轉的關鍵因素之一。
  
決定風扇最終散熱性能的因素很多,主要包括風量、轉速、噪音、使用壽命長短、採用何種扇葉軸承等。
  
風量
風量是指風冷散熱器風扇每分鐘排出或納入的空氣總體積,如果按立方英尺來計算,單位就是CFM;如果按立方米來算,就是CMM。散熱器產品經常使用的風量單位是CFM(約為0.028立方米/分鐘)。50x50x10mm CPU風扇一般會達到10 CFM,60x60x25mm風扇通常能達到20-30的CFM。
  
在散熱片材質相同的情況下,風量是衡量風冷散熱器散熱能力的最重要的指標。顯然,風量越大的散熱器其散熱能力也越高。這是因為空氣的熱容比率是一定的,更大的風量,也就是單位時間內更多的空氣能帶走更多的熱量。當然,同樣風量的情況下散熱效果和風的流動方式有關。
  
風量和風壓
風量和風壓是兩個相對的概念。一般來說,在廠商節約成本的考量下,要設計風扇的風量大,就要犧牲一些風壓。如果風扇可以帶動大量的空氣流動,但風壓小,風就吹不到散熱器的底部(這就是為什麼一些風扇轉速很高,風量很大,但就是散熱效果不好的原因),相反地,風壓大則往往意味著風量就小,沒有足夠的冷空氣與散熱片進行熱交換,也會造成散熱效果不好。
  
一般鋁質鰭片的散熱片要求風扇的風壓足夠大,而銅質鰭片的散熱片則要求風扇的風量足夠大;鰭片較密的散熱片相比鰭片較疏的散熱片,需要更大風壓的風扇,否則空氣在鰭片間流動不暢,散熱效果會大打折扣。所以說不同的散熱器,廠商會根據需要配合適當風量、風壓的風扇,而並不是單一追求大風量或者高風壓的風扇。
  
風扇轉速
風扇轉速是指風扇扇葉每分鐘旋轉的次數,單位是rpm。風扇轉速由電機內線圈的匝數、工作電壓、風扇扇葉的數量、傾角、高度、直徑和軸承系統共同決定。轉速和風扇品質沒有必然的聯繫。風扇的轉速可以通過內部的轉速信號進行測量,也可以通過外部進行測量(外部測量是用其他儀器看風扇轉的有多快,內部測量則直接可以到BIOS裏看,也可以通過軟體看。內部測量相對來說誤差大一些)。
  
隨著應用情況與環境溫度的變化,有時需要不同轉速風扇來滿足需求。一些廠商特意設計出可調節風扇轉速的散熱器,分手動和自動兩種。手動的主要是讓用戶可以在冬天使用低轉速獲得低噪音,夏天時使用高轉速獲得好的散熱效果。自動類調溫散熱器一般帶有一個溫控感應器,能夠根據當前的工作溫度(如散熱片的溫度)自動控制風扇的轉速,溫度高則提高轉速,溫度低則降低轉速,以達到一個動態的平衡,從而讓風噪與散熱效果保持一個最佳的結合點。

風扇噪音
除了散熱效果之外,風扇的工作噪音也是人們普遍關注的問題。風扇噪音是風扇工作時產生雜音的大小,受多方面因素影響,單位為分貝(dB)。測量風扇的雜訊時需要在雜訊小於17dB的消音室中進行,距離風扇一米,並沿風扇轉軸的方向對準風扇的進氣口,採用A加權的方式進行測量。風扇雜訊的頻譜特性也很重要,因此還需要用頻譜儀記錄風扇的雜訊頻率分佈情況,一般要求風扇的雜訊要儘量的小,而且不能存在異音。
  
風扇噪音與摩擦力、空氣流動有關。風扇轉速越高、風量越大,造成的噪音也會越大,另外風扇自身的震動也是不可忽視的因素。當然高品質的風扇的自身震動會很小,但前面兩個者卻是難以克服的。要解決這個問題,我們可以嘗試使用尺寸較大的風扇。應在在風量相同的情況下,大風扇在較低轉速時的工作雜訊要小於小風扇在高轉速時的工作雜訊。另外一個我們容易忽略的因素是風扇的軸承。由於風扇高速轉動時轉軸和軸承之間要摩擦碰撞,所以也是風扇雜訊的一個主要來源。
  
風扇噪音的來源有:


1.振動
假如風扇轉子轉動時轉子的物理質心與轉軸慣性中心不在同一軸上,便會造成轉子的不平衡。轉子的物理質心與轉軸慣性中心的最近距離稱為偏心距,轉子不不衡造成偏心距,當轉子轉動時由於離心力的作用產生一作用力於轉軸支架而形成振動,且振動經由基路徑傳遞到機械各部份。
  
2.風噪
風扇工作時,由於葉片週期性地承受出口不均勻氣流的脈動力作用,產生雜訊;另一方面,由於葉片本身及葉片上壓力的不均勻分佈,轉動時對周圍氣體及零件的擾動也構成旋轉雜訊;此外由於氣體流經葉片時產生湍流附層面、旋渦及旋渦脫離,引起葉片上壓力分佈的脈動而產生渦流雜訊。這三種原因所引起的噪音可以綜合性地稱為“切風噪音”,一般風量風壓大的風扇,其切風雜訊也較大。
  
3.異音
風噪聽起來只有單純的風聲,而異音則不同,風扇運轉時,除風聲外,若還有其他聲音發出,即可判斷風扇出現了異音。異音可能因軸承內有異物或變形,以及組裝不當而出現碰撞,或電機繞組纏繞不均,造成松脫,都可能產生異音。
  
風扇的使用壽命
風扇的使用壽命是指散熱器產品正常工作的無故障工作時間,優質產品的使用壽命一般都能達到幾萬小時。在價格和性能差不多的情況下,選擇使用壽命長的產品顯然更能保護我們的投資。
  
扇的壽命由:電機壽命、使用環境、電力供應等各方面因素所組成。


 

 

 

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