关于风扇的基本知识和改进建议

风冷散热器相关技术浅析之风扇篇

现在使用的风扇外形是一个底面为正方形的扁柱体，四角留有安装所需的固定孔位，直流电机通过支架固定在外框上，扇叶与转子连接在一起，通过轴承安装在电机主体之上。一些“非典型”的风扇采用了较特殊的形状与设计，但整体结构与此并无太大差异。那么，我们又应通过哪些方面的数据来衡量一款风扇的品质呢？

衡量一款风扇的品质，最重要的两个方面为性能与寿命，其次便是越来越受到关注的工作噪音；此外，关系到能否正常使用，还必须注意风扇的规格与功率。

规格：

要为散热器选择合适的风扇，首先注意到的，也是必需注意的，就是风扇的尺寸规格。

风扇的尺寸规格有一套统一的标准，只要依照此套标准就可以保证与散热片或其它接口、支架之间的正常安装。尺寸规格通常用一个4位数字来描述，例如：2510、4028、6015、8025、1238等。4位数字的前两位25、40等代表风扇正方形底面的边长，单位为毫米；后两位10、28、30等则代表柱体的高度，即风扇的厚度，单位同为毫米。特别说明：92XX系列的风扇边长为92mm，但通常称作9cm；12XX或17XX系列的风扇并非12mm或17mm边长，而是12cm或17cm；常用直流无刷风扇的边长最小为25mm，而大于99mm的风扇通常舍去最低位，数值以cm为单位。下图为一款6015风扇的详细规格：

相关元素：

与底面尺寸息息相关的数据为过风面积（风扇底面积减去外框与电机占据部分所占面积的结果），进一步则影响到风扇的重要性能指标“风量”。拥有更大的底面尺寸，一般就可以获得更大的过风面积，在风速相当的情

况下，将获得更大的风量；反过来考虑，就可以降低风速却不减少风量，采用“大口径”风扇也是目前风冷散热器发展的大趋势之一。

增加风扇的高度有利于增大风扇功率、加大扇叶面积，都可以增强风扇的性能；有些风扇也会利用增加的高度在外框上添加导流片或改变扇叶旋转面方向（即非轴流风扇）等，后文将较详细说明。

用户在选择风扇时，尺寸规格方面需要考虑的问题主要有：

1.能否与散热片实现良好的结合，主要取决于底面的尺寸规格；

2.散热器能否正常安装，主要取决于风扇增加的体积是否会与其它设备或整体空间冲突；

3.风扇能否为散热片提供合适的气流，尺寸规格的改变可能会影响风扇气流的覆盖范围、走向等；但具体影响较为复杂，且涉及到多方面的因素，将在后文中相关部分分别说明。

风速：

风速是风扇重要的性能指标之一，与最重要的两项性能指标之一风量关系密切。

风速即风扇出风口或进风口的空气流动速度，单位一般为m/s；仅是某一位置的速度数值，

不能完全体现风扇的性能。风速在不同位置数值可能有较大差异，且平均值难以计算，一般不用

来表示风扇的性能，仅在详细设计分析中才会使用。

相关元素：

风速的高低主要取决于扇叶的形状、面积、高度以及转速。扇叶形状设计、面积、高度的影

响较为复杂，将在后文说明；风扇转速越快，风速越快，则是显而易见的常识，无需赘述^_^。

风速的高低会影响到风量以及噪音的大小。同样的过风面积，风速越高，风量越大；气流之

间、空气与扇叶、外框、散热片之间的摩擦都会产生噪音，同样的风扇、散热片设计，噪音必然

会随着风速的提升而增大。

由于一般并不会作为风扇类产品的性能参数被标示出来，用户选择风扇时不会见到，也就谈

不上注意事项了。

风量：

风量是风扇最重要的两项性能指标之一。

风量即单位时间内通过风扇出风口（或进风口）截面的空气体积，单位一般为cfm，即立方

英尺每分-cubic feet per minute，或cmm，即立方米每分- cubic metres per minute。风量是风扇性能

的整体衡量指标，不受到尺寸、结构、方式的限制，也不限于直流无刷风扇，可适用于任何空气

导流设备。

相关元素：

风量＝平均风速x 过风面积。可见，风扇风量的大小基本取决于风速的高低与过风面积的大

小。过风面积相同，风速越高，风量越大；风速相同，过风面积越大，风量越大。

风冷散热器是依靠空气吹过散热片，利用热交换带走散热片上堆积热量的。显然，采用同样的散热片结构与空气流动方式，单位时间内通过的空气越多，带走的热量也就越多。因此，其它条件不变的情况下，可以说实际风量对风冷散热效果起着决定性的作用。

风压：

风压是风扇最重要的两项性能指标之一。

风压即风扇能够令出风口与入风口间产生的压强差，单位一般为mm（cm）water column，即毫米（厘米）水柱（类似于衡量大气压的毫米汞柱，但由于压强差较小，一般以水柱为单位）。风压是衡量风扇“强劲”程度的重要指标，如果将风量比作一把武器的挥击力量，那幺风压就是这把武器的锋利程度。

相关元素：

风压主要取决于扇叶的形状、面积、高度以及转速，前三者的影响较为复杂，于转速的关系则简单直接——转速越快，风压越大。

风压直接的影响到风扇的送风距离。风扇出口到散热片底部看来只有短短的几厘米，但考虑到复杂、密集的散热鳍片的影响，要令气流有效地覆盖散热片整体并非想象中那幺简单。散热片设计过程中虽然会尽量避免产生过大的风阻，但为了保证充足的散热面积，对风压提出一定要求也是在所难免。

风压既然是风扇最重要的两项性能指标之一，选择风扇时自然要特别注意。如果配合片状鳍片+风道式设计的散热片，一般不需太大的风压，即可保证空气顺畅流动，达到预期效果；如果配合典型的平行片状鳍片+顶吹式设计的散热片，则要根据鳍片的密度和高度、鳍片间风槽的形状和长度选择具有足够风压的风扇；如果配合Alpha或Swiftech等密集柱状鳍片+顶吹式设计的散热片，就需要风扇具有较大的风压。风扇与散热片组合结构等的详细分析请见第三部分。

风扇产品所说明的风量与风压均为理想状态下的最大值，即风扇入风口与出风口之间无压强差状态下的风量（最大风量），以及风扇向密闭气室内吹风，直至风量为零状态下气室与外界气压的差值（最大静压）。它们并非两个孤立的性能指标，而是互相制约着，之间的关系就是流体力学中典型的流速与压强间的关系——风量随着压强差（具体而言即散热片风阻）的增大而减小，两者互相制约的程度则取决于扇叶形状与整体结构设计。风量、风压的正规测量需要借助风洞进行，下图为测量风洞原理图：