散熱風(fēng)扇基礎(chǔ)知識(shí)摘要

 散熱器都需要通過(guò)風(fēng)扇的強(qiáng)制對(duì)流來(lái)加快熱量的散失，因此一款風(fēng)扇的好壞，對(duì)整個(gè)散熱效果起到了決定性的作用。配備一個(gè)性能優(yōu)良的CPU風(fēng)扇也是保證整部電腦順利運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素之一。DC風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)原理： 根據(jù)安培右手定則，導(dǎo)體通過(guò)電流，周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，若將此導(dǎo)體置于另一固定磁場(chǎng)中，則將產(chǎn)生吸力或斥力，造成物體移動(dòng)。在直流風(fēng)扇的扇葉內(nèi)部，附著一事先充有磁性之橡膠磁鐵。環(huán)繞著硅鋼片，軸心部份纏繞兩組線圈，并使用霍爾感應(yīng)組件作為同步偵測(cè)裝置，控制一組電路，該電路使纏繞軸心的兩組線圈輪流工作。硅鋼片產(chǎn)生不同磁極，此磁極與橡膠磁鐵產(chǎn)生吸斥力。當(dāng)吸斥力大于風(fēng)扇的靜摩擦力時(shí)，扇葉自然轉(zhuǎn)動(dòng)。由于霍爾感應(yīng)組件提供同步信號(hào)，扇葉因此得以持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，至于其運(yùn)轉(zhuǎn)方向，可依佛萊明右手定則決定。

AC風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)原理： AC風(fēng)扇與DC風(fēng)扇的區(qū)別。前者電源為交流，電源電壓會(huì)正負(fù)交變，不像DC風(fēng)扇電源電壓固定，必須依賴(lài)電路控制，使兩組線圈輪流工作才能產(chǎn)生不同磁場(chǎng)。AC風(fēng)扇因電源頻率固定，所以硅鋼片產(chǎn)生的磁極變化速度，由電源頻率決定，頻率愈高磁場(chǎng)切換速度愈快，理論上轉(zhuǎn)速會(huì)愈快，就像直流風(fēng)扇極數(shù)愈多轉(zhuǎn)速愈快的原理一樣。不過(guò)，頻率也不能太快，太快將造成激活困難。我們電腦散熱器上應(yīng)用的都是DC風(fēng)扇。而一般一款好的風(fēng)扇主要考察風(fēng)量、轉(zhuǎn)速、噪音、使用壽命長(zhǎng)短、采用何種扇葉軸承等。

下文將對(duì)這些參數(shù)分別加以說(shuō)明。

風(fēng)量：是指風(fēng)冷散熱器風(fēng)扇每分鐘排出或納入的空氣總體積，如果按立方英尺來(lái)計(jì)算，單位就是CFM；如果按立方米來(lái)算，就是CMM。散熱器產(chǎn)品經(jīng)常使用的風(fēng)量單位是CFM（約為0.028立方米/分鐘）。50×50x10mm CPU風(fēng)扇一般會(huì)達(dá)到10 CFM，60×60x25mm風(fēng)扇通常能達(dá)到20-30的CFM。在散熱片材質(zhì)相同的情況下，風(fēng)量是衡量風(fēng)冷散熱器散熱能力的最重要的指標(biāo)。顯然，風(fēng)量越大的散熱器其散熱能力也越高。這是因?yàn)榭諝獾臒崛荼嚷适且欢ǖ�，更大的風(fēng)量，也就是單位時(shí)間內(nèi)更多的空氣能帶走更多的熱量。當(dāng)然，同樣風(fēng)量的情況下散熱效果和風(fēng)的流動(dòng)方式有關(guān)。風(fēng)量和風(fēng)壓風(fēng)量和風(fēng)壓是兩個(gè)相對(duì)的概念。一般來(lái)說(shuō)，要設(shè)計(jì)風(fēng)扇的風(fēng)量大，就要犧牲一些風(fēng)壓。如果風(fēng)扇可以帶動(dòng)大量的空氣流動(dòng)，但風(fēng)壓小，風(fēng)就吹不到散熱器的底部（這就是為什么一些風(fēng)扇轉(zhuǎn)速很高，風(fēng)量很大，但就是散熱效果不好的原因）。相反的，風(fēng)壓大、風(fēng)量就小，沒(méi)有足夠的冷空氣與散熱片進(jìn)行熱交換，也會(huì)造成散熱效果不好。一般鋁質(zhì)鰭片的散熱片要求風(fēng)扇的風(fēng)壓足夠大，而銅質(zhì)鰭片的散熱片則要求風(fēng)扇的風(fēng)量足夠大；鰭片較密的散熱片相比鰭片較疏的散熱片，需要更大風(fēng)壓的風(fēng)扇，否則空氣在鰭片間流動(dòng)不暢，散熱效果會(huì)大打折扣。所以說(shuō)不同的散熱器，廠商會(huì)根據(jù)需要配合適當(dāng)風(fēng)量、風(fēng)壓的風(fēng)扇，而并不是單一追求大風(fēng)量或者高風(fēng)壓的風(fēng)扇。

風(fēng)扇轉(zhuǎn)速：是指風(fēng)扇扇葉每分鐘旋轉(zhuǎn)的次數(shù)，單位是rpm。風(fēng)扇轉(zhuǎn)速由電機(jī)內(nèi)線圈的匝數(shù)、工作電壓、風(fēng)扇扇葉的數(shù)量、傾角、高度、直徑和軸承系統(tǒng)共同決定。轉(zhuǎn)速和風(fēng)扇質(zhì)量沒(méi)有必然的聯(lián)系。風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)內(nèi)部的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，也可以通過(guò)外部進(jìn)行測(cè)量（外部測(cè)量是用其它儀器看風(fēng)扇轉(zhuǎn)的有多快，內(nèi)部測(cè)量則直接可以到BIOS里看，也可以通過(guò)軟件看。內(nèi)部測(cè)量相對(duì)來(lái)說(shuō)誤差大一些）。 ? 因?yàn)殡S著環(huán)境溫度的變化，有時(shí)需要不同轉(zhuǎn)速風(fēng)扇來(lái)滿足需求。一些廠商特意設(shè)計(jì)出可調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的散熱器，分手動(dòng)和自動(dòng)兩種。手動(dòng)的主要是讓用戶可以在冬天使用低轉(zhuǎn)速獲得低噪音，夏天時(shí)使用高轉(zhuǎn)速獲得好的散熱效果。自動(dòng)類(lèi)調(diào)溫散熱器一般帶有一個(gè)溫控感應(yīng)器，能夠根據(jù)當(dāng)前的工作溫度（如散熱片的溫度）自動(dòng)控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，溫度高則提高轉(zhuǎn)速，溫度低則降低轉(zhuǎn)速，以達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡，從而讓風(fēng)噪與散熱效果保持一個(gè)最佳的結(jié)合點(diǎn)。

風(fēng)扇噪音： 除了散熱效果之外，風(fēng)扇的工作噪音也是人們普遍關(guān)注的問(wèn)題。風(fēng)扇噪音是風(fēng)扇工作時(shí)產(chǎn)生雜音的大小，受多方面因素影響，單位為分貝（dB）。測(cè)量風(fēng)扇的噪聲時(shí)需要在噪聲小于17dB的消音室中進(jìn)行，距離風(fēng)扇一米，并沿風(fēng)扇轉(zhuǎn)軸的方向?qū)��?zhǔn)風(fēng)扇的進(jìn)氣口，采用A加權(quán)的方式進(jìn)行測(cè)量。風(fēng)扇噪聲的頻譜特性也很重要，因此還需要用頻譜儀記錄風(fēng)扇的噪聲頻率分布情況，一般要求風(fēng)扇的噪聲要盡量的小，而且不能存在異音。風(fēng)扇噪音與摩擦力、空氣流動(dòng)有關(guān)。風(fēng)扇轉(zhuǎn)速越高、風(fēng)量越大，造成的噪音也會(huì)越大，另外風(fēng)扇自身的震動(dòng)也是不可忽視的因素。當(dāng)然高品質(zhì)的風(fēng)扇的自身震動(dòng)會(huì)很小，但前面兩個(gè)者卻是難以克服的。要解決這個(gè)問(wèn)題，我們可以嘗試使用尺寸較大的風(fēng)扇。應(yīng)在在風(fēng)量相同的情況下，大風(fēng)扇在較低轉(zhuǎn)速時(shí)的工作噪聲要小于小風(fēng)扇在高轉(zhuǎn)速時(shí)的工作噪聲。

另外一個(gè)我們?nèi)菀缀雎缘囊蛩厥秋L(fēng)扇的軸承。由于風(fēng)扇高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)軸和軸承之間要摩擦碰撞，所以也是風(fēng)扇噪聲的一個(gè)主要來(lái)源。

風(fēng)扇噪音的來(lái)源是因?yàn)椋?/p>

1．振動(dòng)假如風(fēng)扇轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子的物理質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸慣性中心不在同一軸上，便會(huì)造成轉(zhuǎn)子的不平衡。轉(zhuǎn)子的物理質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸慣性中心的最近距離稱(chēng)為偏心距，轉(zhuǎn)子不不衡造成偏心距，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由于離心力的作用產(chǎn)生一作用力于轉(zhuǎn)軸支架而形成振動(dòng)，且振動(dòng)經(jīng)由基路徑傳遞到機(jī)械各部份。

2．風(fēng)噪風(fēng)扇工作時(shí)，由于葉片周期性地承受出口不均勻氣流的脈動(dòng)力作用，產(chǎn)生噪聲；另一方面，由于葉片本身及葉片上壓力的不均勻分布，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)周?chē)鷼怏w及零件的擾動(dòng)也構(gòu)成旋轉(zhuǎn)噪聲；此外由于氣體流經(jīng)葉片時(shí)產(chǎn)生湍流附層面、旋渦及旋渦脫離，引起葉片上壓力分布的脈動(dòng)而產(chǎn)生渦流噪聲。這三種原因所引起的噪音可以綜合性地稱(chēng)為“切風(fēng)噪音”,一般風(fēng)量風(fēng)壓大的風(fēng)扇，其切風(fēng)噪聲也較大。

3．異音風(fēng)噪聽(tīng)起來(lái)只有單純的風(fēng)聲，而異音則不同，風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，除風(fēng)聲外，若還有其它聲音發(fā)出，即可判斷風(fēng)扇出現(xiàn)了異音。異音可能因軸承內(nèi)有異物或變形，以及組裝不當(dāng)而出現(xiàn)碰撞，或電機(jī)繞組纏繞不均，造成松脫，都可能產(chǎn)生異音。風(fēng)扇的使用壽命風(fēng)扇的使用壽命是指散熱器產(chǎn)品正常工作的無(wú)故障工作時(shí)間，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的使用壽命一般都能達(dá)到幾萬(wàn)小時(shí)。在價(jià)格和性能差不多的情況下，選擇使用壽命長(zhǎng)的產(chǎn)品顯然更能保護(hù)我們的投資。

風(fēng)扇的壽命：由電機(jī)壽命、使用環(huán)境、電力供應(yīng)等各方面因素所組成。送風(fēng)形式最廣泛的形式就是用軸流風(fēng)機(jī)（也就是最普遍的那種風(fēng)扇）向下鼓風(fēng)，之所以這么流行是因?yàn)榫C合效果好且成本低廉。如果把軸流風(fēng)機(jī)的方向反過(guò)來(lái)，就變成向上抽風(fēng)，在某些特別型號(hào)的散熱器中會(huì)采用這種形式。兩種送風(fēng)形式的差別在于氣流形式的不同，鼓風(fēng)時(shí)產(chǎn)生的是紊流，風(fēng)壓大但容易受到阻力損失；抽風(fēng)時(shí)產(chǎn)生的是層流，風(fēng)壓小但氣流穩(wěn)定。理論上說(shuō)，紊流的換熱效率比層流大得多，因此才成為主流設(shè)計(jì)形式。但是氣流的運(yùn)動(dòng)與散熱片也有直接關(guān)系。在某些散熱片設(shè)計(jì)中（比如過(guò)于緊密的鰭片），氣流受散熱片阻礙非常大，此時(shí)采用抽風(fēng)可能會(huì)有更好的效果。至于采用側(cè)面鼓風(fēng)的設(shè)計(jì)，通常不會(huì)和頂部鼓風(fēng)的效果有什么差別。而比較有效的改進(jìn)方法是建立CPU專(zhuān)用的散熱風(fēng)道，這樣便不會(huì)受到CPU附近熱空氣的影響，相當(dāng)于降低了環(huán)境溫度。

軸流風(fēng)機(jī)雖然應(yīng)用廣泛，但是也存在固有的缺陷。軸流風(fēng)機(jī)受電機(jī)位置的阻擋，氣流不能流暢通過(guò)鼓風(fēng)區(qū)域的中部，這稱(chēng)為“死區(qū)”。而在典型的散熱片上，恰恰中部鰭片的溫度最高。由于存在這種矛盾，采用軸流風(fēng)機(jī)時(shí)，散熱片的散熱效果并不充分。

離心風(fēng)機(jī)是與軸流風(fēng)機(jī)完全不同鼓風(fēng)形式，也逐漸開(kāi)始使用在CPU散熱當(dāng)中，通常被電腦用戶稱(chēng)為“渦輪風(fēng)扇”。這種風(fēng)扇的優(yōu)越之處在于很好地解決了“死區(qū)”問(wèn)題。離心風(fēng)扇與傳統(tǒng)風(fēng)扇的不同之處是其葉片旋轉(zhuǎn)是在垂直的平面內(nèi)進(jìn)行的，進(jìn)風(fēng)口位于風(fēng)扇的側(cè)面。散熱器底面接收到的氣流分布較均勻。離心風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)方向上沒(méi)有障礙物，所以在各個(gè)位置都有同樣的氣流。同時(shí)它的風(fēng)壓和風(fēng)量的調(diào)節(jié)范圍也更大，轉(zhuǎn)速控制的效果更好。負(fù)面的影響和大功率軸流風(fēng)機(jī)一樣——價(jià)格高、噪音大。改進(jìn)風(fēng)道設(shè)計(jì)另外一種解決風(fēng)力盲區(qū)的辦法是改變風(fēng)扇的出風(fēng)方向。傳統(tǒng)的散熱器安裝方式是氣流朝下，即垂直于CPU。改進(jìn)風(fēng)道設(shè)計(jì)之后，風(fēng)扇改為側(cè)向吹風(fēng)，讓氣流的方向平行于CPU。側(cè)向吹風(fēng)的首要好處是徹底解決風(fēng)力盲區(qū)，因?yàn)闅饬魇瞧叫型ㄟ^(guò)散熱鰭片的，氣流截面的四條邊上的氣流速度最快，而CPU的發(fā)熱點(diǎn)正好位于一條邊上。這樣CPU散熱底座吸收的熱量可以被及時(shí)帶走。另外一個(gè)好處是沒(méi)有反彈的風(fēng)壓（通常向下吹風(fēng)時(shí)，一部分氣流沖至散熱底面并反彈，這會(huì)影響散熱器內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)方向，使的熱交換的效率受到損失）。熱交換效率要高于向下吹風(fēng)

微型散熱風(fēng)扇的分類(lèi)：
1．按散熱風(fēng)扇的工作電壓分：交流散熱風(fēng)扇（AC FAN）；直流散熱風(fēng)扇（DC FAN）
2．按散熱風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)分：無(wú)刷直流散熱風(fēng)扇（DC BRUSHLESS FAN）；有刷刷直流散熱風(fēng)扇（DC BRUSH FAN）；無(wú)刷交流散熱風(fēng)扇（AC BRUSHLESS FAN）。
3．按風(fēng)扇電機(jī)軸承系統(tǒng)分：含油軸承型（SLEEVE BEARING）；滾珠軸承型（BALL BEARING）；陶瓷納米軸承型（CERAMIC NANOMETER BEARING）。
4．按汽流方向分：軸流型風(fēng)扇（AXAL FAN）；離心型風(fēng)扇（BLOWER FAN）；橫流風(fēng)扇（CROSS FAN）。

隨著技術(shù)的發(fā)展,在水中用的防水風(fēng)扇也隨著產(chǎn)生了,這算得上是風(fēng)扇歷史上的一個(gè)里程碑!