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舊 2004-03-10, 09:32 PM   #1
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預設 正確認識散熱風扇的性能

作者:飛魚摘錄



散熱器風扇的效能(例如風量、風壓)主要取決於:風扇扇葉直徑和軸向長度;風扇的轉速;扇葉的形狀。好的風扇除了通風量大、風壓高以外,可靠性也是非常重要的,風扇使用的軸承形式在此顯得非常重要。高速風扇一律使用滾珠軸承(ball bearing),而低速風扇則使用成本較低廉的自潤軸承(sleeve bearing)。
風量與風壓的測試方法有兩種,一是用風洞儀測試,另一種是用雙箱法測。但對於一般用戶而言,沒有這樣的設備,只能看廠家提供的資料。因此用戶可將此資料作為參考,最終還要看降溫效果。

轉速

風量是衡量一個風扇性能的重要指標。在談風量之前,我們首先要談的是風扇的轉速。顧名思義,這就是風扇在公司時間內旋轉的圈數,一般用公司"轉/分"來表示。雖然說轉速不能決定風扇的散熱性能,但也是一個重要的指標。不過,建議不要選擇轉速過大的風扇(現時的標準是最好不要超過5000轉/分)。因為風扇的轉速是和風扇的噪音成正比的,轉速過大的話,將會形成巨大的噪音。這對於一台電腦來說無疑是很難容忍的(除非你對噪音毫不在乎)。言歸正傳,如果一個風扇可以達到5000轉/分,但其扇葉如果是扁平的話,那就不會形成任何氣流的,所以關係散熱風扇的排風量,扇葉的角度是決定性因素。


風量

風量是指風扇通風面積與該面積平面速度之積。通風面積是出口面積減去渦舌處的投影面積。

平面速度是氣流通過整個平面的氣體運動速度,公司是米/秒。平面速度一定時,扇葉葉輪外徑越大,通風面積越大,風量則越大。風量越大,冷空氣吸熱量則越大,空氣流動轉移時能帶走更多的熱量,散熱效果越明顯。風扇的流量大都採用CFM為公司(英制公司,立方英尺/分),大約等於0.028立方米/分鐘。50x10mm CPU風扇會達到10 CFM,而6000RPM的50x10mmCPU風扇則會產生更多的CFM。60x25mm風扇通常能達到20-30的CFM。衡量散熱風扇排風量的方法相對的則比較直觀,主要將風扇接上電源,然後將手放在風扇旁感受一下吹出的風量就可以了。另外,還有一個方法,一個強勁的風扇在高速旋轉時,它的扇葉看起來應該是靜止不動的,也就是說,你應該看不到轉動的痕跡。

風壓

為進行正常通風,需要克服風扇通風行程內的阻力,風扇必須產生克服送風阻力的壓力。測量到的壓力變化值稱為靜壓,即最大靜壓與大氣壓的差值。它是氣體對平行於物體表面作用的壓力,通過垂直於其表面的孔測量出來的。

把氣體流動所需動能轉化為壓力的形式稱為動壓。

為實現送風的目的,需要有靜壓與動壓。全壓為靜壓與動壓的代數和。風壓越大,風扇送風能力越強。

在實際應用中,標稱的最大風量值,並不是實際散熱片得到的送風量,風量大,也並不代表通風能力強。因空氣流動時,氣流在其流動路徑會遇上散熱鰭片的阻撓,其阻抗會限制空氣自由流通。即風量增大時,風壓會減小。因此必須有一個最佳操作工作點,即風扇性能曲線與風阻曲線的交點。在工作點,風扇特性曲線之斜率為最小,而系統特性曲線之變化率為最低。而此時的風扇靜態效率(風量X風壓/耗電)為最佳。

有時為了能減小系統阻抗,甚至選用尺寸較小的風扇,也可以獲得相同的風壓。


軸承系統


因為風扇的功率越來越大,轉速越來越快,噪音也就越強。如今風扇為了減輕噪聲都投入了一些設計,例如改變扇頁的角度,增加扇軸的潤滑度和穩定度等等。其中,比較好的一項技術是採用了"滾珠軸承"。滑動軸承風扇大都價格低廉而寧靜,但是其可靠性則較低。便宜的滑動軸承只是一個有幾個可以新增潤滑油小孔的環。風扇的馬達就在這個環中轉動,新增了的潤滑油就在小孔內積存著來潤滑軸承。

滾珠軸承通常比滑動軸承貴,聲音也大一點,但是它的可靠性較高。而用於PC電腦電腦機器內的風扇大都使用非常細小的滾珠構成的軸承,這樣可以獲得較低的摩擦係數及磨損率。

需要注意的是,如果你購買的風扇上註明了滾珠軸承的話,這只風扇仍然有可能只是滾珠軸承與滑動軸承的混合方式而已。一隻風扇需要兩個軸承,而在散熱片上使用的大都是50×10mm的滾珠風扇,採用的軸承就是一個滾珠軸承與滑動軸承的配合方式。而對於較大的風扇(60×25mm以及更大的),則大都是採用兩個滾珠軸承的,人們通常稱之為"two ball" 或者"dual ball bearing"。

我一般都會建議大家只考慮純滾珠軸承的風扇。便宜的滑動軸承通常會在六個月以內失效,而較貴的高品質滾珠軸承通常都會具備較高的MTBF(平均無故障時間)。當然,有的製造商還在滑動軸承的內裡使用了特氟隆,它同時具備了滾珠軸承一樣的高可靠性以及原有的低噪音特性,但是它的價格會更高。
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