1， 风扇的基础知识
1.1风扇的分类
①轴流风扇：轴流风扇的工作原理是将空气从一端抽进，并以与轴线平行的方向将其从另一端吹出；风量大、风压小、不改变气流方向；
②离心风善：其特点是叶轮包含在电机驱动的轮毂中，将空气吸入壳内，然后从与进气口成 90 °(垂直)的出口排出；风量小，风压大，改变气流方向；
图1.1 轴流风扇（左）&离心风扇（右）
表1.2 轴流风扇&离心风扇基本特征比较
1.2 风扇线性的定义
①两线风扇：分别为正负极两根线，可通过调节输入电压调节转速；
②三线风扇：正负两根线+FG信号线，FG可提供转速反馈及报警；
④四线风扇：比三线风扇多出一条PWM控制线，PWM控制线通过输出占空比的方式较为精确的控制转速
图1.3 风扇线性定义（两线、三线、四线）
1.3 吹抽风模式
①吹风：
优点：风扇出风附近气流主要为紊流，局部换热强烈，宜用于发热器件比较集中的情况；吹风时机柜内部为正压，可以防止缝隙中的灰尘进入机柜；风扇不会受到系统散热量的影响，风扇寿命较长；
缺点：吹风具有方向性，送风量不均匀；风扇HUB附近有部分回流和低速区，换热较差；
②抽风：
优点：送风均匀，气体均匀流过发热体表面，适用于发热器件比较均匀，风道复杂的情况；
缺点：机柜内部为负压，灰尘容易进入机箱；风机将在出风口高温气流下工作，寿命较短；
图1.4 风扇吹抽风模式（吹风VS抽风）
1.4轴承类型
①含油轴承：成本低，噪音低，耐受冲击和振动的性能更强，寿命较短；
②滚珠轴承：成本高、噪声大、复杂度更高，耐冲击能力不及滑动轴承，寿命较长。
图1.5 风扇轴承类型（含油轴承VS滚珠轴承）
1.5 风扇的基础用语
①风量&静压
PQ曲线中：压力导致的损耗（静压）为0时的情况称为最大风量Qmax，即曲线与横坐标交点处值；压力损耗（静压）最大时称为最大静压Pmax，即曲线与纵坐标交点处值；
风扇入口与出口两端压力差与当时状态下流量Q的对应值为PQ值，即曲线上的各点的值（P，Q），组成风扇特性曲线；
图1.6 风扇风量&静压
1.6.风扇的动作点
系统阻抗曲线（红色）与风扇特性曲线（黄色）的交点为风扇的动作点，根据不同的系统阻抗，动作风量也会发生相应的变化。
轴流风机应尽量工作在PQ曲线的后1/3区域，离心风机应尽量工作在PQ曲线的前1/3区域。同时应避免风机工作点落在风机的不稳定区（失速区），此区域工作状态变得不稳定，振动值，噪音值上升。
图1.7 风扇动作点
2 ，风扇噪音
2.1.风扇噪音测试
风扇的工作噪音主要有三个来源：轴承的摩擦与振动、扇叶的振动、风噪；
噪音测试的方法：依据ISO 3744，ISO 3745，ISO 7779，CNS 6753，JIS
8346测试规范。如图所示将风扇放置于背景噪音低于15分贝之无响室中，距离噪音计1米处，待风扇在自由空气中运转，测风扇的吸风面处，通过声音采集设备汇整测得数据及绘出数据与声压位准趋势图。
图2.1 风扇噪音测试环境
图2.2 风扇噪音变化
2.2 风扇噪音叠加
①多个声源叠加计算：
例如：当三个风扇噪音分别为55dB、60dB、65dB，在同一系统内使用时，他们产生的噪音为：
3，转速/海拔对风扇的影响
3.1 转速与噪音、风压及功率的关系
（50dB一下系数取50,50dB以上系数取60）
例：某风扇全速运转速度为4000RPM，噪音为40dB，全速运转工作点为（50CFM，100Pa），求半速运转时的噪音及工作点：
3.2. 海拔高度对风扇性能影响
流量：不受海拔影响
4 ，风扇的串并联
4.1 风扇串联
当风扇串联时，其工作特性发生变化：风量基本上是每台风扇的风量（略有增加），而风压则是相同风量下两台风扇风压相加。串联运作对高系统阻抗的系统，可达到最高的效果。
4.2 风扇并联
当风扇并联时，其风压比单个风扇的风压稍有提高，总风量约为各风扇风量之和；并联风扇一般在系统阻抗低的情况下使用。
图4.1 风扇串联和并联
5， 风扇的选型
散热风扇在选择的时候，不是胡乱选择的，是有步骤的
①根据系统总功耗及温升估算所需风量：𝑄(𝐶𝐹𝑀)=(1.76∗𝑃)/𝛥𝑇，此公式计算出来的风量是风扇工作点的风量，出于安全余量考虑，用此风量值乘以1.5倍作为选型依据；
②估算系统压力，由于系统压力中沿程阻力系数确定较为复杂，整体计算不准确，因此可以根据流道长度、散热翅片间距、器件摆放疏密确定是否需要使用高压风扇；
②根据产品的环境定义适配符合要求的风扇，如海拔高度、IP等级、使用温度等；
④根据产品的性能规格适配符合要求的风扇，如产品的噪音、寿命、接口电压电流、调速方式、线长等；
⑤CAE仿真校核验证，因为前面的计算只是理论上的推算，实际上系统的散热效率与功率密度、器件摆放位置、结构等设计密切相关，一般需要在结构方案出来后对散热系统进行仿真，以检验前面的计算和结构设计是否符合要求。
图5.1 风扇的选型
作者简介：
王志强，热设计工程师一枚，“T型”人才，热设计与机械设计能力兼备，擅长板级和系统级散热设计。
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