散热风扇扇叶参数对性能的影响
影响散热性能的各种因素
影响散热性能的各种因素晨怡热管2007-11-29 22:46:39三、影响散热性能的各种因素在当前的所有芯片中，以CPU的功耗、发热量最高，因此CPU散热器的发展最为强劲与引人注目，诞生了极其多样化的产品，代表了计算机散热技术的最高发展水平。
只要对CPU散热技术有了全面了解，其它产品的散热原理也就无师自通了。
因此，本专题重点就讨论CPU散热技术。
在介绍各种散热技术之前，我们还要先确认几个散热的基本概念。
热力学基本知识我们先从物理的角度来探讨一下散热的原理，因为知道了原理才能从根本上找出解决问题的方法。
虽然这部分有些枯燥难懂，但只要您能耐心看完，相信很多问题就可迎刃而解，对今后彻底了解散热器有很大的用处。
物理学认为，热主要通过三种途径来传递，它们分别是热传导、热对流、热辐射。
为了保证良好的散热器性能，就要已符合上述三种途径的要求来设计产品，于是在材料的热传导率、比热值；散热器整体的热阻、风阻；风扇的风量、风压等等方面都提出了要求。
以下针对这些概念进行集中讲解。
热传导定义：通过物体的直接接触，热从温度高的部位传到温度低的部位。
热能的传递速度和能力取决于：1.物质的性质。
有的物质导热性能差，如棉絮，有的物质导热性能强，如钢铁。
这样就有了采用不同材质的散热器，铝、铜、银。
它们的散热性能依次递增，价钱当然也就成正比啦。
2.物体之间的温度差。
热是从温度高的部位传向温度低的部位，温差越大热的传导越快。
热传导是散热的最主要方式，也是散热技术需要解决的核心问题之一。
所以我们通常都能看到，几乎所有散热在与CPU相接触的部分都采用热传导性能良好的材料。
比如Intel 原包CPU中附带的散热器，采用铜芯与CPU接触，就是为了将热量尽快传导出来。
热对流热通过流动介质（气体或液体）将热量由空间中的一处传到另一处，即由受热物质微粒的流动来传播热能的现象。
根据流动介质的不同，可分为气体对流和液体对流。
影响热对流的因素主要有：1.通风孔洞面积和高度2.温度差：原因还是因为热是由高到低方向传导。
风扇曲率半径
风扇曲率半径风扇曲率半径是指风扇叶片的曲率半径，它是衡量风扇性能和效率的重要参数。
在风扇设计中，曲率半径的选择对于风扇的空气动力学特性和噪音产生有着直接影响。
首先，曲率半径的大小直接影响到风扇的效率。
一般来说，曲率半径越大，风扇的效率越高。
这是因为较大的曲率半径可以减小叶片与气流的相对速度，降低了气流的阻力，并减小了能量损失。
因此，在设计风扇时，工程师通常会选择较大的曲率半径来确保风扇的高效率运行。
其次，曲率半径的选择还会影响到风扇的气流特性。
较小的曲率半径会使风扇叶片在运行过程中产生更强的旋转效应，从而增加了气流的流速和压力。
这种设计适用于需要较高静压和流量的应用场合，例如散热器或者空调系统。
而较大的曲率半径则会使风扇叶片的气流特性更为平缓，适用于需要较低风阻和噪音的场合，例如办公室或者家庭使用的风扇。
此外，曲率半径的选择还与风扇的噪音产生密切相关。
曲率半径较小的风扇往往会产生较高的噪音。
这是因为较小的曲率半径造成了叶片与气流的接触面积增加，导致了更大的涡流和湍流产生，从而产生了更多的噪音。
而较大曲率半径的风扇由于减小了旋转效应，降低了噪音的产生。
因此，在设计风扇时，曲率半径的选择需要综合考虑风扇的性能和噪音要求，以达到最佳的平衡。
最后，为了实现较高的效率和减小噪音，工程师们通常采用了其他设计手段来辅助风扇的优化，例如通过改变叶片的形状、增加叶片的数量以及采用特殊的材料等。
这些手段可以进一步改善风扇的流体力学特性和降低噪音水平，提高风扇的整体性能。
总之，风扇曲率半径是影响风扇性能和效率的重要参数。
合理选择曲率半径可以提高风扇的效率、改善气流特性和降低噪音水平。
因此，在风扇设计中，工程师们需要综合考虑不同应用场合的需求，通过优化曲率半径和结合其他设计手段，设计出性能优越的风扇产品。
风扇曲率半径
风扇曲率半径1. 什么是风扇曲率半径？风扇曲率半径是指风扇叶片弯曲的程度，也可以理解为风扇叶片的弧形半径。
它是一个重要的参数，用于描述风扇叶片的设计特征和性能。
2. 风扇曲率半径的影响因素风扇曲率半径的大小会直接影响到风扇的性能和效果。
以下是一些常见的影响因素：2.1 叶片材料叶片材料对风扇曲率半径有着重要影响。
不同材料具有不同的强度和韧性，这会影响到叶片的弯曲程度和稳定性。
常见的叶片材料包括塑料、金属和复合材料等。
2.2 叶片数量风扇叶片数量也会对曲率半径产生影响。
通常情况下，叶片数量越多，曲率半径越小。
这是因为在相同直径下，更多的叶片需要更小的弯曲程度来适应空间。
2.3 风扇直径风扇直径是指风扇叶片两个相对的端点之间的距离。
通常情况下，较大的风扇直径会导致较大的曲率半径，因为叶片需要更大的弯曲程度来适应更大的空间。
2.4 叶片角度叶片角度是指叶片与风扇轴线之间的夹角。
较小的叶片角度会导致较小的曲率半径，而较大的叶片角度则会导致较大的曲率半径。
3. 风扇曲率半径对性能和效果的影响风扇曲率半径对其性能和效果有着重要影响。
以下是一些常见影响：3.1 风量和静压风扇曲率半径直接影响到风量和静压。
通常情况下，较小的曲率半径可以提供更高的风量，但静压相对较低；而较大的曲率半径则可以提供更高的静压，但风量相对较低。
3.2 噪音水平风扇曲率半径也会对噪音水平产生影响。
较小的曲率半径可以减少空气流动时产生的噪音，而较大的曲率半径则会增加噪音水平。
3.3 能效比风扇曲率半径还会影响到风扇的能效比。
通常情况下，较小的曲率半径可以提供更高的能效比，而较大的曲率半径则会降低能效比。
4. 风扇曲率半径的优化为了获得最佳性能和效果，风扇曲率半径需要进行优化。
以下是一些常见优化方法：4.1 数值模拟与仿真通过数值模拟和仿真可以对风扇叶片进行设计和优化。
通过调整叶片形状和参数，可以得到最佳的曲率半径。
4.2 实验测试与验证通过实验测试和验证可以对优化结果进行验证。
风扇叶片设计参数
风扇叶片设计参数主要包括以下几个方面：1. 叶片数量：风扇叶片的数量通常为3、4、5、6等奇数，这是为了确保风扇在运转时能够产生稳定的气流。
奇数叶片的设计可以减少风扇在运转过程中的振动，提高运行稳定性。
2. 叶片角度：风扇叶片的角度是指叶片与风扇轴线之间的夹角。
叶片角度的设计会影响风扇的气流方向和风压大小。
一般来说，叶片角度越大，风扇产生的风压越大，但风量会相对减小。
常见的叶片角度有45度、60度、90度等。
3. 叶片形状：风扇叶片的形状对风扇的性能有很大影响。
常见的叶片形状有直叶型、弯曲叶型和扭曲叶型等。
直叶型叶片结构简单，制造成本较低，适用于要求不高的场合。
弯曲叶型叶片能够在运转过程中产生较大的风压，适用于风压要求较高的场合。
扭曲叶型叶片则能够在运转过程中产生较大的风量和较小的风压，适用于风量要求较高的场合。
4. 叶片材料：风扇叶片的材料对风扇的性能和使用寿命有很大影响。
常见的叶片材料有塑料、金属、复合材料等。
塑料叶片重量轻，成本低，但耐高温性能较差。
金属叶片具有较高的强度和耐高温性能，但重量较大，成本较高。
复合材料叶片则综合了塑料和金属叶片的优点，具有较高的强度、耐高温性能和较低的重量，但成本较高。
5. 叶片厚度：风扇叶片的厚度会影响叶片的强度和刚度，进而影响风扇的性能。
一般来说，叶片厚度越大，叶片的强度和刚度越高，风扇在运转过程中的振动越小。
但叶片厚度过大，会增加风扇的重量，提高制造成本。
因此，在设计中需要根据风扇的使用场合和性能要求来确定合适的叶片厚度。
6. 叶片表面处理：风扇叶片在运转过程中会与空气发生摩擦，为了降低摩擦阻力，提高风扇效率，通常需要对叶片表面进行特殊处理。
常见的表面处理方法有喷漆、喷塑、阳极氧化等。
这些处理方法可以降低叶片表面的摩擦系数，减少空气阻力，提高风扇的运行效率。
7. 叶片固定方式：风扇叶片的固定方式会影响叶片在运转过程中的稳定性。
常见的叶片固定方式有铆接、焊接、螺栓连接等。
(完整版)散热风扇扇叶参数对性能的影响
扇叶参数对性能的影响这里介绍几个比较重要的扇叶参数对风扇性能的影响：1、叶片曲率：在一定范围内，叶片曲率越大，相同转速下，气体动能也就越大，即风量与风压越大；同时，叶片所受的阻力也越大，要求电机的扭力更大。
左边猫头鹰NF-P12叶片曲率较小，右边安耐美火蝠叶片曲率较大。
2、叶片倾角：倾角越大，叶片上下表面间压力差越大，相同转速下风压越大；但上表面压力过大，可能产生回流现象，反而降低风扇性能。
因此，叶片倾角也应在一定限度内提升。
风扇9叶的叶片倾角相对于7叶更大一点，大多数7叶风扇的扇叶倾角都较小。
3、叶片间距：叶片间的距离过小，会导致气流扰动，增加叶片表面的摩擦，降低风扇效率；叶片间的距离过大，则会导致压力损失增大，风压不足。
左图NF-S12B的扇叶间距大于右侧NF-P12，扇叶间距是指相邻两片扇叶同侧边缘的距离。
4、叶片数目：各种规格风扇叶片的截面曲线、倾角等基本相若，每片叶片宽度往往取决于扇叶的高度。
为了保证叶片间距不致过大，影响风压，径高比较小（即相对较薄）的风扇多采用增加叶片数目的方法弥补。
不论叶片数目是多是少，轴流风扇的叶片数目却往往是3、7、11等奇数，这是由于若采用偶数片形状对称的扇叶，又没有调整好平衡，很容易使系统发生共振，倘叶片材质又无法抵抗振动产生的疲劳，将会使叶片或心轴发生断裂，因此多设计为关于轴心不对称的奇数片扇叶设计。
这一原则普遍应用于包括部分直升机螺旋桨在内的各种扇叶设计中。
左图的猫头鹰NF-S12扇叶为7片，右侧NF-P12扇叶为9片。
5、叶端间隙：如何调整扇叶与外框之间所存在的间隙是风扇设计中的一大难题。
间隙过小会令此间气流与叶片、外框发生摩擦，增大噪音；增大间隙则会由于反激气流等影响而降低风扇效率。
左图为传统风扇叶端从头至尾与扇框间隙保持一直，右侧的NF-S12B突破性的改变扇叶端与扇框的距离达到噪音和效率的平衡。
6、叶片弧度：扇叶除了在截面上具有一定曲率外，在俯视平面内也并非沿着径向笔直延伸，而是向着旋转方向略有弯曲，呈一定弧度。
对於散热风扇来说主要来说就是风扇的风量选择
对於散热风扇来说主要来说就是风扇的风量选择，TT和coolermaster的散热片是相当不错的，散热风扇就不一定，而且一般都使用的含油轴承风扇，如果是自己配，可以选择培林机型，声音效果较好，但要主要使用环境的相对湿度1.首先你必须了解你自己cpu风扇所需的尺寸2.算出你所需要的风量大概计算方法如下：Qa(风量)=1.76P(功率)/ΔTc(允许温升)例电脑功率150瓦，风扇消耗5瓦，气温最高30℃，CPU允许工作60℃Qa=1.76*155/(60-30)=9.1CFM3.依据此风量去各生产风扇的厂家的网页去寻找合适的风扇4.此风量为工作点温度，非风扇最大风量，当然还需要和电脑系统阻抗配合使用根据安培右手定则，导体通过电流，周围会产生磁场，若将此导体置于另一固定磁场中，则将产生吸力或斥力，造成物体移动。
在直流风扇的扇叶内部，附着一事先充有磁性之橡胶磁铁。
环绕着硅钢片，轴心部份缠绕两组线圈，并使用霍尔感应组件作为同步侦测装置，控制一组电路，该电路使缠绕轴心的两组线圈轮流工作。
硅钢片产生不同磁极，此磁极与橡胶磁铁产生吸斥力。
当吸斥力大于虱扇的静摩擦力时，扇叶自然转动。
由于霍尔感应组件提供同步信号，扇叶因此得以持续运转，至于其运转方向，可依佛莱明右手定则决定。
AC风扇运转原理：AC风扇与DC风扇的区别。
前者电源为交流，电源电压会正负交变，不像DC风扇电源电压固定，必须依赖电路控制，使两组线圈轮流工作才能产生不同磁场。
AC风扇因电源频率固定，所以硅钢片产生的磁极变化速度，由电源频率决定，频率愈高磁场切换速度愈快，理论上转速会愈快，就像直流风扇极数愈多转速愈快的原理一样。
不过，频率也不能太快，太快将造成激活困难。
我们电脑散热器上应用的都是DC风扇。
而一般一款好的风扇主要考察风量、转速、噪音、使用寿命长短、采用何种扇叶轴承等。
下文将对这些参数分别加以说明。
风量是指风冷散热器风扇每分钟排出或纳入的空气总体积，如果按立方英尺来计算，单位就是CFM；如果按立方米来算，就是CMM。
(完整版)散热风扇扇叶参数对性能的影响
扇叶参数对性能的影响这里介绍几个比较重要的扇叶参数对风扇性能的影响：1、叶片曲率：在一定范围内，叶片曲率越大，相同转速下，气体动能也就越大，即风量与风压越大；同时，叶片所受的阻力也越大，要求电机的扭力更大。
左边猫头鹰NF-P12叶片曲率较小，右边安耐美火蝠叶片曲率较大。
2、叶片倾角：倾角越大，叶片上下表面间压力差越大，相同转速下风压越大；但上表面压力过大，可能产生回流现象，反而降低风扇性能。
因此，叶片倾角也应在一定限度内提升。
风扇9叶的叶片倾角相对于7叶更大一点，大多数7叶风扇的扇叶倾角都较小。
3、叶片间距：叶片间的距离过小，会导致气流扰动，增加叶片表面的摩擦，降低风扇效率；叶片间的距离过大，则会导致压力损失增大，风压不足。
左图NF-S12B的扇叶间距大于右侧NF-P12，扇叶间距是指相邻两片扇叶同侧边缘的距离。
4、叶片数目：各种规格风扇叶片的截面曲线、倾角等基本相若，每片叶片宽度往往取决于扇叶的高度。
为了保证叶片间距不致过大，影响风压，径高比较小（即相对较薄）的风扇多采用增加叶片数目的方法弥补。
不论叶片数目是多是少，轴流风扇的叶片数目却往往是3、7、11等奇数，这是由于若采用偶数片形状对称的扇叶，又没有调整好平衡，很容易使系统发生共振，倘叶片材质又无法抵抗振动产生的疲劳，将会使叶片或心轴发生断裂，因此多设计为关于轴心不对称的奇数片扇叶设计。
这一原则普遍应用于包括部分直升机螺旋桨在内的各种扇叶设计中。
左图的猫头鹰NF-S12扇叶为7片，右侧NF-P12扇叶为9片。
5、叶端间隙：如何调整扇叶与外框之间所存在的间隙是风扇设计中的一大难题。
间隙过小会令此间气流与叶片、外框发生摩擦，增大噪音；增大间隙则会由于反激气流等影响而降低风扇效率。
左图为传统风扇叶端从头至尾与扇框间隙保持一直，右侧的NF-S12B突破性的改变扇叶端与扇框的距离达到噪音和效率的平衡。
6、叶片弧度：扇叶除了在截面上具有一定曲率外，在俯视平面内也并非沿着径向笔直延伸，而是向着旋转方向略有弯曲，呈一定弧度。
风扇叶的设计
风扇叶设计参数：就將風扇設計進行到底吧：衡量一款风扇的品质，最重要的两个方面为性能与寿命，其次便是越来越受到关注的工作噪音；此外，关系到能否正常使用，还必须注意风扇的规格与功率。
与底面尺寸息息相关的数据为过风面积（风扇底面积减去外框与电机占据部分所占面积的结果），进一步则影响到风扇的重要性能指标“风量”。
拥有更大的底面尺寸，一般就可以获得更大的过风面积，在风速相当的情况下，将获得更大的风量；反过来考虑，就可以降低风速却不减少风量，采用“大口径”风扇也是目前风冷散热器发展的大趋势之一。
增加风扇的高度有利于增大风扇功率、加大扇叶面积，都可以增强风扇的性能；有些风扇也会利用增加的高度在外框上添加导流片或改变扇叶旋转面方向（即非轴流风扇）等。
1、风速是风扇重要的性能指标之一，与最重要的两项性能指标之一风量关系密切。
风速即风扇出风口或进风口的空气流动速度，单位一般为m/s；仅是某一位置的速度数值，不能完全体现风扇的性能。
风速在不同位置数值可能有较大差异，且平均值难以计算，一般不用来表示风扇的性能。
风速的高低主要取决于扇叶的形状、面积、高度以及转速。
扇叶形状设计、面积、高度的影响较为复杂；风扇转速越快，风速越快，则是显而易见的常识。
2、风量：风量是风扇最重要的两项性能指标之一。
风量即单位时间内通过风扇出风口（或进风口）截面的空气体积，单位一般为cfm，即立方英尺每分-cubic feet per minute，或cmm，即立方米每分- cubic metres per minute。
风量是风扇性能的整体衡量指标，不受到尺寸、结构、方式的限制，也不限于直流无刷风扇，可适用于任何空气导流设备。
风量＝平均风速x 过风面积。
可见，风扇风量的大小基本取决于风速的高低与过风面积的大小。
过风面积相同，风速越高，风量越大；风速相同，过风面积越大，风量越大。
3、风压：风压是风扇最重要的两项性能指标之一。
风压即风扇能够令出风口与入风口间产生的压强差，单位一般为mm（cm）water column，即毫米（厘米）水柱（类似于衡量大气压的毫米汞柱，但由于压强差较小，一般以水柱为单位）。
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扇叶参数对性能的影响
这里介绍几个比较重要的扇叶参数对风扇性能的影响：
1、叶片曲率：在一定范围内，叶片曲率越大，相同转速下，气体动能也就越大，即风量与风压越大；同时，叶片所受的阻力也越大，要求电机的扭力更大。
左边猫头鹰NF-P12叶片曲率较小，右边安耐美火蝠叶片曲率较大。
2、叶片倾角：倾角越大，叶片上下表面间压力差越大，相同转速下风压越大；但上表面压力过大，可能产生回流现象，反而降低风扇性能。
因此，叶片倾角也应在一定限度内提升。
风扇9叶的叶片倾角相对于7叶更大一点，大多数7叶风扇的扇叶倾角都较小。
3、叶片间距：叶片间的距离过小，会导致气流扰动，增加叶片表面的摩擦，降低风扇效率；叶片间的距离过大，则会导致压力损失增大，风压不足。
左图NF-S12B的扇叶间距大于右侧NF-P12，扇叶间距是指相邻两片扇叶同侧边缘的距离。
4、叶片数目：各种规格风扇叶片的截面曲线、倾角等基本相若，每片叶片宽度往往取决于扇叶的高度。
为了保证叶片间距不致过大，影响风压，径高比较小（即相对较薄）的风扇多采用增加叶片数目的方法弥补。
不论叶片数目是多是少，轴流风扇的叶片数目却往往是3、7、11等奇数，这是由于若采用偶数片形状对称的扇叶，又没有调整好平衡，很容易使系统发生共振，倘叶片材质又无法抵抗振动产生的疲劳，将会使叶片或心轴发生断裂，因此多设计为关于轴心不对称的奇数片扇叶设计。
这一原则普遍应用于包括部分直升机螺旋桨在内的各种扇叶设计中。
左图的猫头鹰NF-S12扇叶为7片，右侧NF-P12扇叶为9片。
5、叶端间隙：如何调整扇叶与外框之间所存在的间隙是风扇设计中的一大难题。
间隙过小会令此间气流与叶片、外框发生摩擦，增大噪音；增大间隙则会由于反激气流等影响而降低风扇效率。
左图为传统风扇叶端从头至尾与扇框间隙保持一直，右侧的NF-S12B突破性的改变扇叶端与扇框的距离达到噪音和效率的平衡。
6、叶片弧度：扇叶除了在截面上具有一定曲率外，在俯视平面内也并非沿着径向笔直延伸，而是向着旋转方向略有弯曲，呈一定弧度。
如果叶片沿径向笔直延伸，风扇旋转所带动的气流在出风口一侧将呈散射状，送风距离短，且“力量”不集中；如现行产品版略带弧度，则可保证吹出气流集中在出风口正前方的柱状空间内，增加送风距离与风压。
左边EVERFLOW 的风扇弧度较右边台达风扇弧度更大。
7、电机直径：由于电机与轴承的存在，轴流风扇主轴所在的中心部分难免一定无气流通过的盲区，主轴直径便决定着此盲
区的大小。
主轴直径的大小则主要取决于风扇电机的功率——大功率的电机需要更大的定子绕组线圈，必然占用更多的空间，在无法纵向扩展（增加高度）的情况下，便只好横向扩展（增大面积）。
NMB-B19 额定功耗为2.64W，猫头鹰NF-P12 额定功耗1.08W。
因此B19的电机直径大于P12。
8、叶片光滑度：这是一项非设计因素影响的指标，基本上取决于生产者的模具成形与后期处理工艺。
在设计曲线之外，叶片上的不平整会在旋转中产生紊流，增加摩擦，降低风扇效率，折损风扇性能，增大工作噪音。
从叶片光滑度来讲，左图酷冷至尊的UV扇是光滑扇叶的代表，右侧的NF-S12B表面有些许颗粒感。
噪音
在现在的DIY领域里，玩家们越来越在乎PC整机的工作噪音，而噪音的最大来源之一就是风冷散热器。
风冷散热器的工作噪音主要有三个来源：轴承的摩擦与振动、扇叶的振动、风噪。
1.轴承的摩擦与振动：不但产生噪音，而且影响性能，缩短器件寿命。
2.扇叶的振动：一般采用塑料制作的风扇扇叶具有一定的韧性，可以承受一定程度的物理形变，同样也会在推动空气过程中因受力发生振动，但幅度一般较小。
另一种较为严重的振动则是由于扇叶质量分布不均，重心与旋转轴心存在偏心距所致。
3.风噪：流动的空气之间互相冲扰，与周围物体发生摩擦，叶片对气流的分离作用，周期性送风的脉动力等，都会产生噪音。
空气流速越快湍流越多，往往风噪也越大，而且会随着风速的提高呈加速度增大。
普通的轴流风扇会在扇叶与外框间的空隙处产生反激气流，产生较大风噪的同时，更会对风量造成不利影响。
另外,同款风扇噪音与转速成正比，叶端间隙越小产生的噪音也越大。
寿命
风扇的寿命一般取决于轴承寿命、定子绕组线圈寿命、电子元件寿命三者。
轴承在这三者之间是寿命最短的，也就是说一款风扇的轴承的工作寿命决定着风扇的寿命，轴承的类型又是决定轴承寿命的关键。