散热风扇风量计算

2018年06月21日

风扇总热量=空气比热X空气重量X温差,这里的温差;的,250-80(最加热片的温度)-25(进风空;总功不知道,电器做的总功/4.2=风扇排出的总热;设:半导体发热芯片平均温度T1(工作时的温度上限;求了),散热片平均温度T2,散热片出口处空气温度;简化问题,假设:;1.散热片为热的良导体,达到热平衡时间忽略,则有;2.只考虑热传导,对流和辐射不予考虑;又因风扇总热量=空气比热X空气重量X温差,这里的温差是指,你进风的温度与最终加热片的温度的差值,照你说的,250-80(最加热片的温度)-25(进风空气的温度)=145度,你给的倏件还一样,就是热量不知道,或者电器做的总功不知道,电器做的总功/4.2=风扇排出的总热量知道的话就可以根空气重量=风量/60X空气密度逆推出风量.
  设:半导体发热芯片平均温度T1(工作时的温度上限,也就是说改芯片能承受的最高温度,取决你的设计要求了),散热片平均温度T2,散热片出口处空气温度T3简化问题,假设:
1.散热片为热的良导体,达到热平衡时间忽略,则有T1=T2;
2.只考虑热传导,对流和辐射不予考虑。又因为半导体发出的热量最终用来加热空气,则有:880W=40CFM*空气比热*(T3-38°C) 注意单位统一,至于空气的比热用定容的吧。。。 上式可以求出(实际上也就是估算而已)出口处空气温度T3,根据散热片的散热公式(也是估算),有:P=λ*【T2-0.5(T3+38°C)】*A
其中:P为散热功率,λ为散热系数,A为与空气的接触面积,【T2-0.5(T3+38°C)】为温差;
其中:λ可以通过对照试验求(好吧,还是估算)出来,
这样就能大概估算出需要的散热器面积A了。。。
P.S.
  误差来源1:散热器温度和芯片温度肯定不相等,热传导需要时间,而且散热片不同位置的温度也不严格相同,只是处在动态平衡;
  误差来源2:散热片的散热公式是凭感觉写的。。。应该没大错,但肯定很粗糙。。自己修正吧。能想到的就这么多了。。。
  轴流风机风量散热器的信息讲解:
  风量是指风冷散热器风扇每分钟排出或纳入的空气总体积,如果按立方英尺来计算,单位就是CFM;如果按立方米来算,就是CMM。散热器产品经常使用的风量单位是CFM(约为0.028立方米/分钟)。50×50×10mm CPU风扇一般会达到10 CFM,60×60×25mm风扇通常能达到20-30的CFM。在散热片材质相同的情况下,风量是衡量风冷散热器散热能力的最重要的指标。显然,风量越大的散热器其散热能力也越高。这是因为空气的热容比率是一定的,离心风机 更大的风量,也就是单位时间内更多的空气能带走更多的热量。当然,同样风量的情况下散热效果和风的流动方式有关。风量和风压风量和风压是两个相对的概念。一般来说,要设计风扇的风量大,就要牺牲一些风压。如果风扇可以带动大量的空气流动,但风压小,风就吹不到散热器的底部(这就是为什么一些风扇转速很高,风量很大,屋顶风机 但就是散热效果不好的原因)。相反的,风压大、风量就小,没有足够的冷空气与散热片进行热交换,也会造成散热效果不好。一般铝质鳍片的散热片要求风扇的风压足够大,而铜质鳍片的散热片则要求风扇的风量足够大;鳍片较密的散热片相比鳍片较疏的散热片,需要更大风压的风扇,否则空气在鳍片间流动不畅,散热效果会大打折扣。防爆风机所以说不同的散热器,厂商会根据需要配合适当风量、风压的风扇,而并不是单一追求大风量或者高风压的风扇。风扇转速是指风扇扇叶每分钟旋转的次数,单位是rpm。风扇转速由电机内线圈的匝数、工作电压、风扇扇叶的数量、倾角、高度、直径和轴承系统共同决定。转速和风扇质量没有必然的联系。风扇的转速可以通过内部的转速信号进行测量,也可以通过外部进行测量(外部测量是用其它仪器看风扇转的有多快,内部测量则直接可以到BIOS里看,也可以通过软件看。内部测量相对来说误差大一些)。 因为随着环境温度的变化,有时需要不同转速风扇来满足需求。一些厂商特意设计出可调节风扇转速的散热器,分手动和自动两种。手动的主要是让用户可以在冬天使用低转速获得低噪音,夏天时使用高转速获得好的散热效果。自动类调温散热器一般带有一个温控感应器,能够根据当前的工作温度(如散热片的温度)自动控制风扇的转速,温度高则提高转速,温度低则降低转速,以达到一个动态的平衡,从而让风噪与散热效果保持一个最佳的结合点。散热器都需要通过风扇的强制对流来加快热量的散失,因此一款风扇的好坏,对整个散热效果起到了决定性的作用。配备一个性能优良的CPU风扇也是保证整部电脑顺利运转的关键因素之一。DC风扇运转原理: 根据安培右手定则,导体通过电流,周围会产生磁场,若将此导体置于另一固定磁场中,则将产生吸力或斥力,造成物体移动。在直流风扇的扇叶内部,附着一事先充有磁性之橡胶磁铁。环绕着硅钢片,轴心部份缠绕两组线圈,并使用霍尔感应组件作为同步侦测装置,控制一组电路,该电路使缠绕轴心的两组线圈轮流工作。硅钢片产生不同磁极,此磁极与橡胶磁铁产生吸斥力。当吸斥力大于虱扇的静摩擦力时,扇叶自然转动。由于霍尔感应组件提供同步信号,扇叶因此得以持续运转,至于其运转方向,可依佛莱明右手定则决定AC风扇运转原理: AC风扇与DC风扇的区别。前者电源为交流,电源电压会正负交变,不像DC风扇电源电压固定,必须依赖电路控制,使两组线
圈轮流工作才能产生不同磁场。AC风扇因电源频率固定,所以硅钢片产生的磁极变化速度,由电源频率决定,频率愈高磁场切换速度愈快,理论上转速会愈快,就像直流风扇极数愈多转速愈快的原理一样。不过,频率也不能太快,太快将造成激活困难。我们电脑散热器上应用的都是DC风扇。而一般一款好的风扇主要考察风量、转速、噪音、使用寿命长短、采用何种扇叶轴承等。
  风冷散热原理:
  散热片的核心是同散热片底座紧密接触的,因此芯片表面发出的热量就会通过热传导传到散热片上,再由风扇转动所造成的气流将热量“吹走”,如此循环,便是处理器散热的简单过程。 散热片材料的比较:现在市面上的散热风扇所使用的散热片材料一般都是铝合金,只有极少数是使用其他材料。学过物理的人应该都知道铝导热性并不是最好的,从效果来看最好的应该是银,接下来是纯铜,紧接着才会是铝。但是前两种材料的价格比较贵,如果用来作散热片成本不好控制。使用铝业也有很多优点,比如重量比较轻,可塑性比较好。因此兼顾导热性和其他方面使用铝就成为了主要的散热材料。不过我们使用的散热片没有百分之百纯铝的产品,因为纯铝太过柔软,如果想做成散热片一般都会加入少量的其他金属,成为铝合金(得到更好的硬度)。
  风扇:
  单是有了一个好的散热片,而不加风扇,就算表面积再大,也没有用!因为无法同空气进行完全的流通,散热效果肯定会大打折扣。从这个来看,风扇的效果有时甚至比散热片还重要。假如没有好的风扇,则散热片表面积大的特点便无法充分展现出来。挑选风扇的宗旨就是,风扇吹出来的风越强劲越好。风扇吹出来的风力越强,空气流动的速度越快,散热效果同样也就越好。要判断风扇是否够强劲,转速是一个重要的依据。转速越快,风就越强,简单看功率的大小。
  轴承:
  市面上用的轴承一般有两种,滚珠轴承和含油轴承,滚珠轴承比含油轴承好,声音小、寿命长。但是滚珠轴承的设计比较难,其中一个工艺是 预压,是指将滚珠固定到轴承套中的过程,这要求滚珠与轴承套表面结合紧密,没有间隙,以使钢珠磨损度最小。通常在国内厂家轴承制造中,预压前上下轴承套是正对的,因为钢珠尺寸与轴承套尺寸肯定会存在一定误差,所以在预压受力后,滚珠同轴承套之间总有5—10微米的间隙,就是这个间隙,使得轴承的老化磨损程度大大增加,使用寿命缩短。同样过程,在NSK公司的轴承制造中,预压时上下轴承套的会有一个5微米左右的相对距离,这样轴承套在受压后就会紧紧的卡住滚珠,使其间的间隙减小为零,在风扇工作中,滚珠就不会有跳动,从而使磨损降至最小,保证风扇畅通且长久高速运转。强迫风冷设计当自然风冷不能解决问题时,需要用强迫空气冷却,即强迫风冷。强迫风冷是利用风机进行鼓风或抽风,提高设备的空气流动速度,达到散热目的。强迫风冷在中大功率的电子设备中应用广泛,因为它具有比自然风冷多几倍的热转移能力。与其他形势强迫风冷比较有结构简单,费用低,维护简便等优点。整机强迫风冷有两种形式:鼓风冷却和抽风冷却。鼓风冷却特点是风压大,风量集中。适用于单元内热量分布不均匀,风阻较大而元器件较多的情况。当单元内风阻较大,需要单独冷却的元件和热敏元件较多,且各单元间热损相差有较大时,建议用凤管冷却,以便控制各单元风量的需要。当旨在机柜底层具有风阻较大元件,中上层五热敏元件的情况下,建议用无风管形式来降低成本。抽风冷却特点是风量大,风压小,风量分布比较均匀,在强迫风冷中应用更广泛。他也可分为有管道和无管道两种情况。
  对无管道的机框抽风,整个机框相当于一个大风管,要求机柜四周密封好,侧壁也不应开空,只允许有进出风口,考虑热空气上升,抽风机常装在机框上部或顶部,出风口面对大气,进风口装在机柜底部,这种无管道风冷方式常用于机柜内各元件冷却表面风阻较小的设备。对于在气流上升部位又热敏元件或不耐热元件则要必须用风管使气流弊开,并沿需要的方向流动,其进风口通常在机框侧面,出风口在机柜顶部。

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