如何计算哪种风扇最适合您的应用
最为人所熟知的换热器是汽车散热器。在散热器中，水和乙二醇（也称为防冻液）溶液将热量从发动机传递到散热器，然后再从散热器传递到流经散热器的周围空气中。这一过程有助于防止汽车发动机过热。与该原理相似，Boyd的换热器用于移除飞机发动机、光学器件、X射线管、激光器、电源、军事设备以及许多其他类型设备的多余热量。这些设备所需要的冷却效果超出了风冷散热器的能力范围。
空气-液体冷却应用中最重要的参数之一是气流。要计算工艺冷却所需的气流，必须了解要耗散的热量和空气温度的变化。不过，在选择风扇时仅考虑气流并不足够，还需要计算沿空气路径的系统阻抗。气流和系统阻抗定义了工艺冷却所需的风扇工作点。为换热器选择风扇时，其他一些考虑因素包括风扇与风机、恒定或可变流量以及交流或直流电源。
确定气流要求
这是耗散STP条件下机柜内部产生的热量所需的气流。应当注意的是，冷却能力由空气的质量而不是空气的体积决定。
确定系统阻抗
ITD是进入的热空气与冷水之间的初始温差。
如下图1所示，当6105铜管翅式换热器搭配可提供至少27 CFM流速的风扇且水流量大于0.25 gpm时，可提供6.9 W/°C的导热性能。如果我们选择如图2所示的MU1225S型Oriental Motor风扇，粉红色的垂直和水平线表明，在要求的0.11英寸水柱下，这款风扇将提供39 CFM，远远超出了我们要求的27 CFM。但是，需要特别注意的是，风扇配件（例如护手板和过滤器）会影响风扇性能，如图2中A、B和C点处气流之间的差异所示。在类似于示例的高阻抗系统中，配件对风扇性能的影响极小。但是，对于低阻抗系统，配件对风扇性能的影响可能较大。如果机柜的气流路径畅通，则系统阻抗相对较低，此时配件会对风扇性能造成显著影响，如图1中D、E和F点之间的气流差异所示。所需气流量的任何明显下降都会影响换热器的性能。
除了气流和系统阻抗外，选择风扇时还必须考虑其他重要因素，例如风扇类型、恒定或可变流量、交流或直流电源、空气密度、噪音、预期寿命、EMI/RFI干扰等。
轴流式风扇或风机
在确定系统阻抗和所需的总气流之后，下一个考虑因素通常是使用哪种类型的风扇。最流行的风扇类型是轴流式风扇和风机。轴流式风扇使空气沿着与风扇叶片轴线平行的方向移动。轴流式风扇可在低静压条件下高效工作，并且是要求低噪音时的首选方案。风机采用离心式设计，空气垂直于旋转轴移动。风机适用于电信和高端服务器等高压应用，在接近峰值静压时可达到最高运行效率。
恒定或可变流量
通常会选择大尺寸风扇，因为尺寸计算基于最坏的情况。例如，可以根据所需的最大散热量或基于极高的环境温度来确定风扇的尺寸。在这种情况下，仅在极端情况下才需要使用超大风扇提供的额外性能。对于许多运行阶段，相当低的空气流量便已足够。例如，在较低的环境温度下或仅在部分负载下运行设备时使用较低的气流。对于需要适应不断变化的条件的应用，“智能”风扇是有效的解决方案。采用这种取决于温度的风扇控制时，当热负荷较低时，转速会下降。因此，产生的噪音和电源要求也随之降低。
交流或直流风扇
系统的可用功率可决定风扇的类型。如果您的应用可灵活选择电源，则应权衡直流风扇与交流风扇的优点。直流风扇提供可变流量，而交流风扇提供恒定流量。过去，直流风扇要比交流风扇昂贵得多，而如今几乎不存在价格差异，人们可以更多地根据性能和功能需求做出决策。尽管交流风扇目前仍被广泛使用，但直流风扇使用寿命更长、可减少约60%的功耗而且具有更低的EMI（电磁干扰）和RFI（射频干扰）水平。
为换热器选择风扇时，不仅要考虑冷却要求和系统阻抗，还要兼顾风扇类型、恒定或可变流量以及交流或直流电源输入，这一点十分重要。本文接下来将讨论选择风扇时的其他注意事项，例如预期寿命、空气密度、噪音和EMI/RFI干扰。
如何计算哪种风扇最适合…
在气-液或液-气冷却应用中，气流是需要考虑的最重要参数之一。因此，选择合适的风扇和选择正确的换热器同样重要。我们计算了气流与系统阻抗要求，并且讨论了一些选择因素，如交流或直流电源、恒定或可变流量，以及风扇或鼓风机的选择。本文将探讨选择换热器风扇时的其他重要因素，如空气密度效应、噪音、预期寿命和EMI/EMC干扰。
空气密度影响
| 条件 | Density (lbs/ft3) | 质量流率 (lbs/小时) |
|---|---|---|
| 海平面，70°F | 0.075 | 1350 |
| 海平面，250°F | 0.056 | 1008 |
| 10,000英尺，250°F | 0.038 | 684 |
噪声
选择风扇时要考虑的另一个重要因素是噪声。噪声对风扇性能没有直接影响，但是，出于两个重要原因，选择风扇时需要考虑噪声。首先，噪声会影响工作效率，或者在某些极端情况下，会导致长期听力障碍。OSHA（美国职业安全与健康管理局）的《职业噪声暴露 - 1910.95》等标准限制在没有听力保护的情况下暴露于各种声级，以免发生听力损失。
其次，噪声会对系统的运行和整体可靠性产生重大影响。噪声会影响某些电子设备的功能，这些电子设备可能会充当减振器并因振动而产生疲劳。另外，某些操作环境（如实验室）中存在对噪声敏感的仪器。
风扇设计可以最大程度地减少因与风扇叶片表面及尾缘的空气分离而产生的宽带噪声。适当的俯仰角和凹口或锯齿状叶片尾缘可将噪声降至最低。我们的高性能双宽双进口（DWDI）风机经过专门设计，可减轻噪声并降低噪声水平，从而改善用户体验并减少敏感设备的环境振动。
预期寿命
风扇的预期寿命是指风扇可以连续运行而不出现明显的转速损失或过多噪声导致无法再使用的时间。风扇通常必须具备较长的无故障运行时间才能确保系统的高可靠性。轴承故障会导致大多数风扇故障。但是，与承受极大载荷的电机或齿轮头轴承不同，用于冷却风扇的轴承通常载荷极小。因此，风扇寿命可由轴承中润滑剂的劣化来确定。与用于驱动重型机械的电机相比，风扇的运行转矩和启动转矩都较低，因此，如果润滑剂劣化，风扇将无法正常旋转。如果发生这种情况，启动电压将升高，风扇可能无法启动。润滑剂劣化还会导致轴承产生的风扇噪声增加。
确定风扇寿命最常用的两种方法是更常使用的L10寿命方法和MTBF（平均故障间隔时间）方法。两者之间的区别在于，L10寿命特指一组风扇中10%发生故障所需的时间，而风扇的MTBF约为50%风扇发生故障时的时间。在-40°C至50°C、75% RH的正常运行条件下，风扇L10寿命通常为60,000-70,000小时。相同条件下，MTBF寿命通常为200,000-300,000小时。
在延长预期寿命方面，高质量的滚珠轴承风扇被认为是最可靠的。使用L10方法比较套筒轴承风扇和滚珠轴承风扇在25°C-60°C温度下的预期寿命时发现，滚珠轴承风扇的使用寿命比套筒轴承风扇平均长50%。通常，当温度接近环境温度时，套筒轴承风扇和滚珠轴承风扇的寿命差别不大。传统上，在高温环境条件下，滚珠轴承的使用寿命比风扇电机中的套筒轴承更长。流体润滑轴承（FLB）的最新技术改进（例如我们的标准轴流式风扇和烧结套筒轴承中使用的技术）已使可靠性系数至少达到滚珠轴承的水平，但成本却显著降低。
EMI和EMC干扰
选择风扇时的另一个考虑因素是EMI（电磁干扰）和EMC（电磁兼容性）。顾名思义，EMI是任何可能干扰设备正常运行的电气干扰。EMI干扰主要包括两大类：传导干扰和辐射干扰。
传导干扰是指通过电源线和信号线传导的任何无用信号。辐射干扰是指从来源辐射并可能影响设备正常运行的任何无用信号。传导EMI通常比辐射EMI更难处理。实际上，在处理无刷直流风扇时，传导EMI通常是唯一需要考虑的问题。
通常，运行正弦波电压的交流感应电机不会引起EMI问题。但是，电机及其输入导线附近可能存在微小的电磁干扰。机械换向或电子换向的直流电机以及由电子控制器供电的交流电机具有EMI信号。电磁干扰是由直流电压的开关产生的，而这种开关是电机中产生旋转磁场所必需的。
对EMC（电磁兼容性）最恰当的描述为设备在不产生会影响其他电子设备运行的有害电磁干扰的情况下运行的能力，以及不受其他位置产生的有害干扰的负面影响的能力。
总而言之，风扇的选择是液体-空气和空气-液体冷却应用中极为重要的一环。为应用选择合适的风扇规格，仅仅计算气流和静压并不足够。正如本文第1部分和第2部分所讨论的那样，设计人员在确定风扇规格以提供可靠的系统时，还要考虑其他一些极为重要的因素。这些因素包括空气密度影响、噪声、预期寿命和EMI/EMC干扰。
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