如何为您的设计找到合适的直流风扇

直流风扇09 10月 2021

在这篇来自Same Sky的文章中，探索如何为您的设计找到合适的直流风扇。

Same Sky 的DC轴流风扇在风扇尺寸、功耗、噪音等方面提供了灵活的设计选择。面对如此丰富的选项，在为您的设计选择合适的DC风扇之前，考虑一些关键要素是非常重要的。这包括计算设计的气流和气压，了解风扇工作曲线中的气流需求，考虑是否需要并联或串联多个风扇，以及风扇转速对设计的整体影响。通过阅读Same Sky的这篇文章，可以深入了解这些重点，并更好地掌握如何为您的设计找到合适的DC风扇。

重要的气流参数

在为特定系统指定风扇之前，有一些关于气流和热传递的重要参数需要了解。空气流动能够通过吸收物体的热量并将热量转移到其他地方进行散热，从而有效地冷却物体。传递的能量量取决于流动空气的质量、流动空气的比热容以及流动空气产生的温度变化。

能量 = 质量 * 比热容 * 温度升高

移动空气的质量可以通过所移动空气的体积和移动空气的密度来计算。

质量 = 体积 * 密度

将第二个方程代入第一个方程，可以将散逸的能量与涉及的空气体积联系起来。

能量 = （体积 * 密度）* 比热 * 温升

将方程的两边同时除以时间，得到以下形式的方程。

功率 = (体积/时间) * 密度 * 比热容 * 温升

在大多数应用中，系统的多余功率（系统的低效率）是已知的，而气流（体积/时间）是未知的。因此，可以将方程式重新排列如下。

气流 = 功率 / (密度 * 比热 * 温升)

正如我们在之前的博客文章中讨论的，这个方程通常写作：

Q = [q/(ρ * Cp * ΔT)] * k 其中 Q = 气流量 q = 需散发的热量 ρ = 空气的密度 Cp = 空气的比热容 ΔT = 空气在吸收需散发的热量后上升的温度 k = 一个常数值，取决于其他参数使用的单位

在海平面上，68°F（20°C）时干空气的密度为 0.075 磅/立方英尺（1.20 公斤/立方米），干空气的比热为 0.24 Btu/磅·°F（1 kJ/kg·°C）。使用这些密度和比热的值，上述方程式可以简化为：

Qf = 3.2q/ΔTF Qf = 1.8q/ΔTC Qm = 0.09q/ΔTF Qm = 0.05q/ΔTC 其中 Qf = 气流量，单位为立方英尺每分钟 (CFM) Qm = 气流量，单位为立方米每分钟 (CMM) q = 需要散发的热量，单位为瓦 (W) ΔTF = 空气吸收需要散发的热量时的温升，单位为华氏度 (°F) ΔTC = 空气吸收需要散发的热量时的温升，单位为摄氏度 (°C)

气压

上述方程表示冷却产品所需的气流量。同样需要了解风扇提供气流时所需的压力。气流穿过待冷却产品的路径会对空气流动造成阻力。应选择能够产生足够压力的风扇，以推动所需的空气量通过产品，从而实现所需的冷却效果。计算所需压力对于每种独特的产品来说是一个独立的任务，不能像流量计算那样简化。许多CAD产品可用于计算设计的空气压力和气流特性，而在设计完成后，可以使用风速计和压力计来测量空气速度和压力特性。

图 1：气流与压力的特性分析与绘图

实现所需的气流和压力

基于前两节的概念，风扇（或多个风扇）必须产生气流和气压，以提供所需的冷却效果。风扇制造商的数据表会提供在无背压条件下的气流速率值、在无气流速率条件下的最大压力值，以及风扇提供的气流与压力关系曲线。例如，一个产品的气流需求已经根据需要散去的热量和空气温度限制计算得出为10 CFM或更高。该产品的机械设计已被表征以生成如图2所示的气流与压力图表。虚线表示产品所需的最低气流（更高的气流也是可以接受的），而橙色曲线则表示该产品机械设计中压力与气流的关系。