9 風扇103
9.1 風扇類型介紹103
9.1.1 軸流風扇 103
9.1.2 離心風扇 103
9.1.3 混流式風扇 103
9.2 風機特性曲線和工作點103
9.2.1 無遮擋風扇 103
9.2.2 受遮擋風扇 104
9.3 噪音特性104
9.4 風扇熱功耗的估計105
9.4.1 簡單的熱平衡 105
9.4.2 效率曲線 106
9.5 Swirl106
9.6 風扇氣流短路106
9.7 旁通107
9.8 死區107
9.9 離心風扇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網頁建立離心風機 109
15 風扇 130
風扇工作點和系統阻力特性
風扇使用壽命
入口或者出口風扇
系統阻力特性
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9 風機
9.1 風機類型介紹
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.
小型通風設備一般稱為風機。根據風機的結構和氣流流動方向，可以對風機進行分類。下面對最重要的風機類型進行描述。
9.1.1 軸流風扇
電子散熱領域軸流風扇通常有一渦殼，并且其旋轉葉輪與馬達相連。
軸流風扇葉片
9.1.2 離心風扇
進出口空氣成90℃。根據旋轉葉片大于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扇
9.1.3 混流式風扇
由于混流式風扇在外形上與軸流風扇相似，所以有時被稱為半軸流（semi-axial）風機。在混合式風扇中，空氣由葉輪軸方向進入并且成對角排出。所以混流式風機是介于軸流風扇和離心風扇之間的一種風扇。混流式風扇比相同尺寸和轉速下的軸流風扇有更高的壓頭，當然這一壓頭值比相同尺寸和轉速下的離心風扇來的小。
9.2 風機特性曲線和工作點
9.2.1 無遮擋風扇
風機的工作點是風機的特性曲線和管路阻力特性曲線的交點。
風機特性曲線和管理特性曲線
建議：建議風機的工作點位于風機特性曲線的右下側。
9.2.2 受遮擋風扇
嚴格說來，產品說明書中的風機特性曲線只是風機在測量條件下的特性。如果風機附近有東西遮擋，則風機特性曲線有可能發生翹曲。
如果風機受到壁面的遮擋，則其風機特性曲線翹曲
9.3 噪音特性
下圖顯示了一個軸流風扇和離心風扇的噪音特性曲線，在風扇入口1m處測量所得的聲壓是流量的函數。
軸流風扇和離心風扇聲壓特性曲線（實線、左軸）和風扇特性曲線（虛線、右軸）的比較
對于上述的軸流風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力更小，由此可以增加風扇的壽命。
換而言之：風機的最佳工作點不是在最大體積流量處，而是在風扇的最佳性能處。流量和壓力的乘積單位為：
9.4 風扇熱功耗的估計
風扇本身也會產生熱量，可以對風扇結構對話框中疊加風扇功耗。
注意：不要將Data Sheets中的功率值作為風扇的熱功耗。
9.4.1 簡單的熱平衡
一個簡單的風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
當風扇葉片沒有很大的反壓力時，其旋轉分量大約為向前速度的 ，也就是說高速的風機其旋轉分量較小。如果風扇的背壓比較高，則其旋轉分量為向前速度的 倍。
Flotherm中Flow Dependent Speed Swirl模型使用的是基于Papst相關信息的半經驗公式進行設置。可以從下圖中得到風扇Swirl對靜壓的反作用：
一個具有固定壓力損失軸流風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是基于風扇的出口面（從上往下觀察）。與之不同，Papst產品目錄中風扇旋流是基于入口面（從下往上觀察）。
9.6 風扇氣流短路
每一類風機都要確保氣流不短路，有時需要加裝隔板。當風扇處于氣流短路狀態下，其效率非常低。
左圖：風扇短路，右圖：良好的結構設計
9.7 旁通
空氣總是沿著阻力最小的通道流動。當空氣流過散熱器時比較容易出現旁通現象。
風扇氣流旁通散熱器
詳細的資料可以參閱：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
在軸流風扇Hub的后面存在一個氣流死區。在這一區域無法對器件進行冷卻。死區的范圍是大約以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扇。
9.9 離心風扇
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流場定性和定量的數據。采用紡織線可以獲得定性的結果，使用風速儀可以獲得定量的結果。下面是一些emb-Papst風扇的定量數據測試。
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。
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的風扇出口高度和風扇高度不一樣。所以流場受到了限制，并且風扇的出口速度有一角度。
9.9.4 通過Flotherm網頁建立離心風機
可以通過登陸到Flotherm網頁，輸入相關的數據來建立離心風機模型。
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原理.pdf
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