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如前所述,风扇强化换热的原理是加剧空气的流动,提高流动的空气与固体壁面之间的对流换热效率。风量(m³/s)意指单位时间内流过系统的空气体积,表征风扇带来的空气扰动强度。因此,风量是选择风扇的关键参考因素。

确定风量依据的是热力学第一定律,即能量守恒定律。其边界条件如下:

1主要元器件工作温度要求;

2产品使用环境温度要求:

3)产品发热总量。

如果已知系统设备内部散热量与允许的总温度上升量,就可在产品设计前期通过公式估算出冷却设备所需的大致风量。举例阐述其过程如下:

假定产品发热量为P,需要的温升为Tout -Tin,结合能量守能定律及空气的物理性质,风量Q与温升和功耗之间存在如下关联:

P =QATρCp                               2-1

风扇需要提供的风量,可以确定为

Q=P/(TρCp                           2-2

空气物理性质按照60℃计算此时空气密度为1.060kg/m³,比热容为1.017kJ/ (kg ·℃)。式(2-2)可以简化为

Q=P/(TρCp)=P/(1.078T)                      2-3

空气温升取20℃。风扇风量约为

Q=P/(21.56)                            2-4

注意环境温度为55℃,温升20℃时,空气已达到75℃,此时,大致推测器件的温度为85 ~100℃20℃是一个相对的中间值,但仍要根据具体的产品要求判定。

此时功耗的单位为kW,换算成常用的W,式(2-4)成为

Q=P/(21.56*1000)                        2-5

风扇厂家给出的流量,常有不同的单位,比如/min或者CFM⊖。换算完成后如下:

Q=P/(21.56*1000)*60=P/359                 2-6

Q=P/(21.56*1000)*2118.88=0.0983P(CFM)     2-7

如果某产品预估热耗35W,则在理想情况下,风扇需要提供的风量为(按照空气20℃温升计算)

Q=35*0.0983=3.4CFM

如果产品热耗为180W,则在理想情况下,风扇需要提供的风量为(按照空气20℃温升计算):

Q=180*0.0983=17.7CFM

使用这个公式计算出的风量值是产品的工作点对应的风量,并不能说某个风扇的最大风量满足这一数值就可以,因为系统阻力存在,风扇的实际工作风量总是低于最大风量。如图2-1所示,阻抗曲线和风扇PQ线的交点对应的风量才是系统实际获得的风量。驱动这一风量需要风扇具备对应的动力,如何根据上述值来选定合适的风扇呢这就涉及风扇的另一个关键性能参数风压。



                                  2-1  某风扇PQ线和工作点信息示意


注意
如果产品考虑海拔设计则需要代人海平面空气的比热与密度的变化属性在计算风量需求公式中,需要调整空气的相关参数。

深圳市前海睿德科技有限公司 ,主营日本山洋(SANYO DENKI)散热风扇及电机等全系列产品。

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