电子设备冷却风扇的选择

专为恶劣环境使用时设计的风扇，可以工作在 高度潮湿、盐雾及灰尘的环境中。
４ 结束语
不充分的冷却是电子设备损坏的主要原 因；而没有提供足够的冷却空气可能造成设备 的过早失效。综合各种经验和计算数据选择适 当尺寸、流量的风扇并布置在设备的适当位置 可以提高系统可靠性，控制整机几何尺寸以及
系统噪声。
出了高、低系统阻力的工作点。选择的风扇最
计中最好尽可能使用元件在最差使用环境下的 “ 实际使用功率” 。比如一个 Ｓ Ａ 元件标明 ＲＭ 其最大耗散功率为 ３ Ｗ，但实际上处理器访问 它的时间在微秒级，耗散功率只达到最大功率
的 １ ０左右。可以用下式估计需要的冷却空 ／ １
气：
Ｑ二 昧 ・Ｔ ｍ・ Ａ
３４ ． 其他考虑因素 ３ ．风扇的位置和工作方式 ．１ ４
风扇的布置和风的流动方 向会影响整个 热设计。向系统吹风的风扇应处于系统的温度 最低点，从而延 长 风扇寿命。吹风时灰尘等杂 物也能带出系统。抽风系统能提供比较一致的 空气流动。另外，风扇的吸气面风阻引起的噪 音比在吹气面引起的要大。当风阻离风扇太近 时，风扇可能不能正常工作并且会缩短寿命。
Ａ
Ａ ｉ ｚ Ｐｎ ０个 Ｈ
△ Ｐ
岛 、 】
系统压力、流量曲 线
’ 系统工作点
－ －－ －－Ｌ － －－ － －
， 乙
迫空气冷却电子设备的首要任务是选择合适的 风扇来提供足够的冷却空气。 用于电子设备冷却的风扇有各种类型，如 桨式风扇、管状轴流风扇、叶翼轴式风扇以及 离心式鼓风机等。桨式风扇是最简单的风扇。 管状轴流风扇比较常见，尺寸种类较多并且价 格不高，这种风扇通常用在要求噪音低、寿命 长及成本低的场合。 叶翼轴式风扇旋转速度高， 噪音高，这种风扇通常用于冷却热密度高、又 必须工作在恶劣热环境和振动环境 的电子设 备。离心式风扇能提供高的静压，但一般噪音 较大。在选择风扇时首先要根据尺寸、风向、 噪音以及各种风扇的特点确定风扇的种类。
在设备工作于恶劣环境下时也必须考虑。己有
力。 风扇并联时， 其风压比单只风扇稍有提高， 总风量是各风扇风量之和，因此可以增大体积 流量。并联风扇用在系统阻力较小的情况下。 风扇串联时，风量基本上是每只风扇的风量， 而风压为相同风量下的风扇的风压之和。当系 统阻力较大时， 可以用串联风扇来增大静压力。
（） １
式中，Ｑ表示总的耗散功率 （ ， 表示空 Ｗ） Ｃ ｐ
气比 Ｊｋ ． ）ｍ表示质量流量（ｇｓ 热（／ｇＫ ， ｋ ／） ，
Ａ Ｔ表示系统出口空气与进口空气的温升（ ｏ Ｋ） 因为质量流量与体积流量的关系是
ｍ二Ｐ Ｆ Ｖ
（） ２
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声学与电子工程
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图 ２风扇冷却的机箱
（ ）风扇的空气进 口。轴流式风扇的空 ａ 气进口非常类似于普通管道的端部，预计损失
常 用标记为Ｈ 的 ｖ 速度头来表示空 气流动沿程
的静压损失。某点的速度头与该点的空气流动 速度的关系为
０３ ． 速度头。圆整到１ ， 二． ９ ． Ｈ，１执。 ０ ０
八
Ｐ
少 扇特性曲 风 线
△
Ｐ
， ．人
Ｆ Ｆ ２ ３
流皿 ｍ ／ ＇ｈ
图 １风扇特性 曲线和系统阻力曲线
３ 风扇选择步骤
３１ ． 估计需要的空气流量
选择风扇之前，要尽可能估准电子设备的
耗散功率。因为通过设备的空气温升与耗散功 率有直接关系。电子设备所用的元件通常在其
手册中标明了最大功率以及典型功率。在热设
风工作方式的情况下，风扇产生的热量将使进 入设备的空气预热。另外，如果人员长时间工
作在设备附近 ，超过 ４ ｄ 的风扇噪音将使人 ０Ｂ
Ｅｅ ｏ ｃ ｏｌｇ ００６ ） ｒ ｉ Ｃｏｎ， ０， ｌｔ ｎ ｓ ｉ ２ ｃ （ ２
［ Ｈ ｗ ｓｌ ｔ ｂｓ ｆ ｏ ｂｏ ｅ ｆｒ ｕ ５ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔｅ ｔ ｒ ｗ ｒ ｙ ｒ ］ ｏ ｅ ｈ ｅ ａ ｎ ｌ ｏ ｏ ａｐｉ ｉ ． ｕ ｒ ｕｄ ｃｔ ｎ ｅｍ ｅ＇ｇｉ ｐ ｌ ａｏ ｂ ｓ ｓ ｅ
丛 ＝． 。 １坑３ ０ （ ）印制板管道和机箱排气口。空气排 ｄ
出 速度全部 时， 损失，Ｈ ＝ ｖ ４ Ｈ４ ＂ ０ Ｏ
假定有三种空气流量，根据这三种流量分 别求出以上四处的空气流速，由式 （ ） ４ 计算各 处的速度头来求得各处的压力损失。总的压力
为０ ｉ。 ．ｎ 采用强迫空气冷却， ４ 试绘制流量阻力 曲线。在该例中，要考虑以下几处的静压损失 （ 拭表示） 用 。
３２ ． 估计真实流量 空气流动时，在流动的路径上截面的收
缩、扩张和转弯等变化将引起静压降。前面的 分析已经表明要达到预计的温升所需要的空气 流量。然而实际工作时的空气流量是由风扇特 性曲线和系统阻力曲线的交点决定的。可以先
假定几个不同的流量（ 如图 １ 中所示的 Ｆ ， １Ｆ ， ２ Ｆ） ３ ，计算流经电子设备的每个流量的总的静 压降 （ 图中△ １ Ａ ２ Ａ ３ Ｐ， ， ） Ｐ Ｐ ，得到设备的流 量阻力曲线。通过叠加风扇特性曲线和设备流 量、阻力曲线的交点可获得系统的工作点。通
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电子设备冷却风扇的选择
葛新法 （ 第七一五研究所 杭州 ３０１ ） １０２ 摘 女 述 在 强 空 冷 电设 时 须 择 适 风 来 供 却 气 以选 冷 风 时 要本 论 了 用 迫 气 却 子 备 必 选 合 的 扇 提 冷 空 ， 及 择 却 扇
式中 Ｈ 表示速度头，ｖ为某一流量下设备中 。 某点的速度 ｃ ／ Ｈ 的单位是 ｃ Ｈ０ ｍｓ 。 ． ｍ ２． 典型截面变化引起的静压损失与速度头 的关系如表 ２ 所示。将各处静压损失相加，就 可求得总的静压降。 现举一个简单的实例：图 ２ 所示的电子设
备有每块功耗 ２Ｗ 的插入式印制板 ７ 间隙 ０ 块，
５ ０ ０ ９ ０ １０ ０ ０
Hale Waihona Puke Baidu
表 ｔ风扇流量的快速选择
３０ ０
５ ４ ６ ８
２０ ００ ３０ ６ ４０ ５
２０ ５０ ４０ ４ ５０ ５
５０ ００ ８０ ８
７ ０ ５ ０
１ ８ ２ ３
１０ ８ ２５ ２
１０ ３０ １２ ６５
推荐流量 （Ｆ ） ＣＭ
４ ５
１３ １
１０ １０
表 ２典型截面变化引起的静压损失
（ 式是冷却一定功率电子设备所需空气的粗 ３ ）
略估计。由于空气密度随海拔 高度 的增加而减
耗散功率 （ ） ｗ
一般流量 （ Ｆ ） ＣＭ
５ ０ ９ １ ２
１０ ０ ２０ ０ ３ ６
的单位为立方英尺／ （ Ｆ 分 Ｃ Ｍ）的体积流量， 依 据设备的功率快速选择风扇的流量见表 ｔ ｏ
４０ ０ ７ ２ ９ ０
需要考虑的一些问题。
关键词 强迫空气冷却 冷却风扇 电子设备
１ 引言
随着电子技术的飞速发展，当今的电子设 备如不考虑热设计，通常会产生过热现象。强 迫空气冷却作为比较经济、方便的冷却手段在
电子设备热设计中得到了普遍应用。而运用强
好工作在高的流量、低的压力以保持马达的效
率避免失速。每个强迫空气冷却的电子设备都 要设法减小空气流动的系统阻力。
参考文献
川王健石编．电子设备结构设计标准手册． 北京： 中 国标准出版社，０１ ２０ ［ ＤＳ ｔｎｅ ２ ．Ｓ ｉ ｒ ］ ．ｅ ｂ ｇ著． 电子设备冷却技术． 北京： 科学 技术出版社，９０ １８
［］ ｅ ｎｒＣ ｍ ｉＲ ｔ ｎ Ａ ｌ Ｎ ｅ Ｔ Ｋ ｏ ３ Ｍｉ Ｔ ｒｅ ｏ ａ ｏｒ ． Ｙ ｕ ｄ ｎ ｗ ｋ ｕ ， ｒ ｏ ｌ ｏ ｅ ｏ
损失为Ｈ＋ ２Ｈ＋ ４ ， ＋ ３Ｈ 。由三种空气流量及其总 Ｈ
的压力损失可绘制该机箱的流量阻力曲线。
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３３ ． 考虑多个风扇 风扇的并联或串联可以在不大改变系统尺
寸和风扇直径的情况下获得期望的流量及压
感到烦躁。风扇的工作温度、振动量级限制等
式 ， 示 积 量（３ ） ｐ 示 气 中 岭表 体 流 ｍ ／ ， 空 ｓ 表
密度。所以所需的体积流量是
Ｖ＝ ｌ ＣＡ ） Ｆ Ｑ（ ，Ｔ ｐ
（） ３
小，对于机载设备风量应采用质量流量。可以 使用不随高度变化的恒定质量流量风扇，通过 控制转速来达到质量流量不变的目的。风扇厂
商提供的目录说明中通常标出风扇在 ０ 静压时
２ 风扇 曲线
风扇的所有空气动力学特性可以用图 １ 的 风扇特性曲线描述。从曲线的右边向左看，风 扇从正常工作状态到因动力不足而滞止。在这 一过程中的风扇仍传输空气，但静压上升的同 时体积流量减小，噪音增大。从能量的观点有 助于理解风扇的特性曲线。在滞止点，风扇的 势能最大。 自由输气状态， 在 风扇的动能最大， 因此流量最大。风扇选择的原则是在一个特定 的系统中，给定的风扇只可能在一定压力下提 供一定流量。这一工作点决定于风扇的特性曲 线和系统流量、压力曲线的交点。图 １ 分别列
（ ）进入印制板管道。空气进入管道也 ｂ 类似于普通管道的端部，预计损失 ０ ３速度 ． ９
Ｈ－（／ ７ ） ， Ｖ１ ７ ｚ ２
（） ４
头。 整到１，从 ＝ ０ 圆 ． ０ １坑２ ． ０
（ ）空气流经印制板管道。在这时，由 ｃ 于空气间隙狭小，预计压力损失 １ ． ０速度头，
３ ．风扇的工作电压、功率、噪音 ．２ ４
风扇的功率也是个重要 因素 ，特别是在吹
Ａ ｏ Ｆｎ． ｔ ｎ ｓ ｌｇ １９， ｔ ｓＥｅ ｒ ｉ Ｃ ｏｎ， ６２ ） ｂｕ ａ ｌ ｏ ｃ ｏ ｉ ９ （ ｃ ２
［ Ｒ ｇｒ ｃｉ ｏ． ｗ ｉ ａｉ ｆ ａｐ ｃｔ ｎ ４ ｏｅ Ｄ ｋ ｓｎ ｏ ｎ ｓ ｘ ｌ ｐ ｌａｏ． ］ ｉ ｎ Ｌ ｏ ｅ ａ ａ ｎ ｉ ｉ