换热器风扇选择

换热器是一种旨在将热量从一种物质有效传递或“交换”到另一种物质的设备。当使用流体传递热量时，流体可以是水或油等液体，也可以是气流。最广为人知的换热器类型是汽车散热器。在散热器中，水和乙二醇组成的溶液（也称为防冻液）将热量从发动机传递到散热器，然后从散热器传递到流经的环境空气。此过程有助于防止汽车发动机过热。同样，Aavid的换热器旨在消除飞机发动机、光学元件、X射线管、激光器、电源、军用设备以及许多其他类型的设备产生的多余热量，而风冷散热器无法提供这些设备所需的冷却能力。

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。

选择换热器风扇的第一步是近似估算耗散工艺热所需的气流。估算所需气流的基本公式为：

这称为热容公式。通过计入转换因数和STP（标准温度和压力）条件下空气的比热和密度，公式（1）简化为：

公式（2）中，体积流速的单位为每分钟立方英尺（CFM），热传递量的单位为瓦特，温度变化的单位为华氏度。例如，要从小型电子机柜中去除145 W的热量，以将空气从90°F（32°C）冷却到73°F（23°C），我们需要：

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。

一旦估算好气流，就必须计算或测量系统阻抗（即“气流阻力”）。系统阻抗作为气流的函数以静压表示。典型的系统阻抗曲线由公式（4）确定：

此公式描述了特定系统中静压与所需气流之间的关系。

回到前面的示例，利用公式4，我们计算出通过机柜的静压为0.11英寸水柱。在此应用中，52°F（11°C）条件下最高可提供1 gpm设施用水。我们需要选择一款能在0.11英寸水柱条件下至少提供27 CFM气流的风扇，以及一款在使用1 gpm或流量更少的水时具有以下性能的换热器：

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。第2部分将介绍空气密度、可听噪音、预期寿命和EMI/RFI干扰这几项考虑因素。

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。第2部分将介绍空气密度、可听噪音、预期寿命和EMI/RFI干扰这几项考虑因素。

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。

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。

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。本文的第2部分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。

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