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标题: 关于风扇选型、风量、塑料面板开孔通风面积的几点疑问 [打印本页]

作者: nuaachenyu 时间: 2017-1-5 00:01
标题: 关于风扇选型、风量、塑料面板开孔通风面积的几点疑问
各位大神，关于风扇选型，对流换热有一些想不通的地方，希望各位大神能帮忙解答一下。

下面这些问题的应用环境都假定为小功率模块UPS，电源系统等，且为强迫对流换热。

1、风扇选型第一步是根据总损耗，空气允许温升（10-15度）计算风量。

   疑问：系统内的热源（主要是功率关键，igbt, 二极管等）产生的热量并不是全部由空气带走，这里为什么通过总损耗及空气允许温升来计算风量。在热流通路上，传热介质（如芯片、封装材料、PCB、散热器，空气等等）均会吸收部分热量，引起各元器件的温升。这种算法是基于什么出发点考虑，还是我哪里理解错了。
2、风扇选型还要结合风扇的PQ曲线及系统的阻力曲线确定风扇合理的工作点。
疑问：为什么风扇选型从始至终均未考虑到空气的流速。理论计算时，尤其是强迫对流换热系数的计算不是都要根据气体的流速进行相应的公式计算吗，风扇选型为什么可以绕过这点直接根据风扇曲线和系统曲线进行选型。
3、风扇工作点确定后，系统布局不变的情况下，沿气流流向各截面的流量是否也是不变的？
关于这点，假设应用环境是一个小功率模块UPS，机箱尺寸为500mm*350mm*90mm，机箱内部有PCB板，散热器、发热功率管、电容、电感等器件，机箱前部有塑料面板，风扇贴合着机箱后板安装固定。采用抽风模式，即由前面板进风，气流流经内部器件，并经风扇、后板流出机箱。
  我的理解是这样：当风扇正常工作时，沿气流方向的整个系统截面（即机箱围城的截面）的风量是相同的，因为流量守恒嘛。然后由于内部有器件的存在，由于流量一定，在截面内器件多的地方流速高，在截面内器件少的地方流速低，类似伯努利定律。不知到这个理解有没有问题。

4、承接第三问，如何计算塑料面板的开孔通风面积。
查过一些资料，风扇一侧的开孔通风面积与风扇的有效面积相等即可，远离风扇侧的开孔通风面积相应扩大1.2-1.3倍即可。
  那是不是说只要满足上面这个要求，开孔通风面积越大，对系统的整体散热也没有影响，感觉这种计算方式不是很合理。

作者: ckchiang 时间: 2017-1-5 18:00
只能建議你，把第四點弄通，讓你對強制氣冷的觀念，有很大的助益。

作者: cyxde88 时间: 2017-1-6 15:37
看得出来，你应该刚接触热不久。简单回答下你的疑问。
1、10-15度的温升是应该算是通讯产品整机散热的一个原则了。为啥定这个范围呢？我的理解是因为通讯产品工作环境可达40度，如果系统温升已经高达55度了，那么你觉得里面的器件温度达到多少了？还有很多情况采用的系统抽风散热，高温会降低风扇寿命，因此这个温升标准应该更多是考虑系统可靠性的。至于你疑问“系统内的热源（主要是功率关键，igbt, 二极管等）产生的热量并不是全部由空气带走”。这部分热绝大多数是靠气流带走了，因此整机散热评估，风量的确定可以基于系统总损耗；
2、风扇都是依据PQ曲线来选择的，为何不考虑流速？空气算是一种热介质，系统散热中考量的是多少空气才能带走系统散出的热量。那为何不着重考虑风速？风速影响的是换热系数h，系统散热中无需考虑，但在考虑发热器件散热（CPU等主要热源）的时候需要，如果发热器件的流速不满足要求，那么可以考虑扩大散热面积，或者做导风结构提升流速。
3.实际的系统都是存在漏风的，还有器件引起的回流等，所以各截面的流量通常都不等，但抽风模式会好些。器件多的地方流速高？通常是更低的，但不排除局部流速变高。
4.系统抽风的进风口需要防尘处理，实际净通风面积会变小。当然将通风面积适当增大也是考虑降低进风口的压降。但如果盲目增大，你觉得会出现什么结果？（系统风速太低）这些都是推荐的，需要结合实际。

作者: nuaachenyu 时间: 2017-1-8 23:59

ckchiang 发表于 2017-1-5 18:00
只能建議你，把第四點弄通，讓你對強制氣冷的觀念，有很大的助益。

大神能说的详细点吗，不是很明白？

作者: nuaachenyu 时间: 2017-1-9 00:01

ckchiang 发表于 2017-1-5 18:00
只能建議你，把第四點弄通，讓你對強制氣冷的觀念，有很大的助益。

大神能说的详细点吗，不是很明白？

作者: nuaachenyu 时间: 2017-1-9 00:03

ckchiang 发表于 2017-1-5 18:00
只能建議你，把第四點弄通，讓你對強制氣冷的觀念，有很大的助益。

大神能说得详细点吗？不是很明白。或者有什么参考资料能介绍下吗？

作者: ckchiang 时间: 2017-1-9 09:05
本帖最后由 ckchiang 于 2017-1-9 22:12 编辑

1. 事實上，我個人並不覺得一定要 10~15 度，這類問題，基本上與產品類別相關。以伺服器電源供應器來說出口的空氣溫升 10C 以內算好解，15C 以上算很難解。但一般都在這範圍內，所謂一般，就是會有例外，之前曾經做過約 17C~18C 的，且 Power Density 又高，做到一票人離職。此外，一般電源供應器的 Spec 是 50C 的操作環境溫度，但出口會有一些塑膠件，這類材料耐溫約在 70C。另外，有了這個數據，才能去估所需要的風量。這一部分，只牽涉到計算所需要風量，讓你可以去選擇適當的風扇。

2. 同 1，只牽涉到選擇風扇，散熱能力是與流速相關。但這屬於細部設計的部分了。

3. 你的理解沒錯。

4. 如果以伺服器的 AC 電源供應器來說，絕大部分的設計風扇置於 AC 端，由於機身長度的限制，風扇幾乎都緊靠機殼，外側不是打 Punch 就是加 Finger Guard（通常是 Punch，因為省錢省工）。但風扇都存在一個 Hub（之前有見過外磁風扇除外），此 Hub 會形成無風區，但風扇又緊鄰機殼，所以開孔開得跟風扇的流道一樣就好了，開在 Hub 是沒作用的。但如果是系統風扇，有機會讓風扇間隔機殼一個距離，在這情況下，開孔多才有用。置於多遠，要看風扇的性能與流場，我對這一部分沒研究，不敢亂說。但要記住的是『流阻與空氣速度平方成正比』。

作者: nuaachenyu 时间: 2017-1-12 23:20

cyxde88 发表于 2017-1-6 15:37
看得出来，你应该刚接触热不久。简单回答下你的疑问。
1、10-15度的温升是应该算是通讯产品整机散热的一个 ...

有没有关于风扇，风量，风压，风速，开孔面积这方面的资料和书籍可以推荐一下？包括如何根据风量，风道截面积去计算流经发热器件的流速和强迫对流换热系数，以用于详细设计。不甚感激！

作者: nuaachenyu 时间: 2017-1-12 23:21

ckchiang 发表于 2017-1-9 09:05
1. 事實上，我個人並不覺得一定要 10~15 度，這類問題，基本上與產品類別相關。以伺服器電源供應器來說出口 ...

作者: ckchiang 时间: 2017-1-12 23:49
我是沒有整理這一部分資料。但網路上有相關的計算式可以參考，準確度見仁見智。在我做電源供應器的時候，用起來誤差相當大，主要癥結在於流體會 bypass ....後來索性不用。因為你無法準確估算各流道流量的分配，這個部分無法準確估算的話，其餘參數都無法獲得。當時能夠想到的是用流網路法。但對於零件緊湊的電源供應器而言，也很難劃分流道。但如果你的產品是有機繪畫分流道，倒是可以用流網路法去做，例如 1U，2U 的產品。這部份應該是我這一兩年研究的方向。

如果你主要是針對 Heatsink，可以試試 QFin 這小軟體(程式小，計算速度快)，不過好像消聲匿跡了。

剩下就要問其他人了，或是上網找別人的經驗公式。

作者: cyxde88 时间: 2017-1-13 11:51

nuaachenyu 发表于 2017-1-12 23:21
有没有关于风扇，风量，风压，风速，开孔面积这方面的资料和书籍可以推荐一下？包括如何根据风量，风道截 ...

一般的资料，坛子里都有，也很难有一份资料把问题说清楚。我建议你多看看一些现有的产品设计，看看书补充些理论，跟着建模仿真。有问题，结合具体实例，大家给你讲解才会更加到位

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