风冷散热器相关技术浅析之整体结构篇

风冷散热的解决方案发展至今，各大知名厂商不光在工艺和散热片材质的选取上做多方面的研究，在风扇的设计上做全方位的改进，更是在散热器的整体结构上做了很多有益的尝试。

随着技术的不断进步、设计经验的累积，无论是风扇还是散热片都已经接近甚至达到了技术上的极限，在此基础上的任何改良措施都收效甚微，于是要造就一款品质优秀的风冷散热器，其整体结构的优化与安装方式的简化也成为了新的设计亮点。

片&扇结构：如果说做工精良、设计合理、材料合适的散热片和风力强劲、工作稳定、长寿命的风扇是一款优秀的风冷散热器所具备的必要条件的话，那么出色的整体结构与安装设计则是其充分条件，这两者相辅相成、缺一不可。

风扇与散热片完美的配合才能将其性能发挥到极限，这才是风冷散热器“风冷”与“散热”的真正含义。

片&扇结合方式：散热器的散热片和风扇的设计已经相当出色了，在其物理性能的开发接近极限的情况下要取得革命性的进步非常困难，为此必须换个角度思考问题。

于是各大散热器制造商开始在散热片与风扇的结合方式上做文章，寻找最优的设计，由此而来诞生了形形色色的散热器。

虽说现在市面上的散热器五花八门，但其散热片与风扇的结合方式却不外乎以下几种：顶置式：大部分风冷散热器都采用的是这种结合方式。

其最典型结构就是把许多片状的散热鳍片，以某种工艺接合在具有一定厚度的吸热底上，由一个安装在散热器顶部的风扇导流，令空气通过散热片上那些深深的缝隙，从而将热量带走。

市面上最多也是最普通的散热器顶置式之所以这样流行是不仅是因为它具有结构简单、设计制造难度小（某些特殊设计除外）、散热效果不错等优点，而且是有一定历史原因的：大家都知道，最早的CPU是不需要散热器的，而486时代最多加装一块散热片就能搞定了。

随着CPU的不断发展发热量与日俱增，光靠散热片的被动散热已力不从心，于是随便在扁平的散热片上方——唯一适合安装风扇的位置——安装一个风扇，就成为了“顶置式”。

这种散热方式现在不只是使用在CPU散热器和显卡散热器上，总线频率越来越高的北桥也开始经受不住“烤”验，纷纷在自己的散热片上戴了“帽子”。

不过典型顶置式的缺点也是显而易见的：气流在散热片内需要改变方向，容易形成“无风区”（前一散热片篇已有所说明），且顶置式的传统轴流风扇，其中间轴承部分容易形成死角——“风力盲区”，可偏偏散热片正中央接触的就是发热设备（CPU核心等），即使散热片导热作用再好也无法轻易将热量迅速的传递到周围散热片上，难免令散热效果大打折扣。

针对这一缺点，设计者们对顶置式作出了一些改进，Intel最新的原配散热器（A VC OEM）就是很好的例子。

Intel LGA775原配散热器这款散热器散热片的设计很独特，散热片主轴为实心铜柱，散热鳍片由里向外呈放射状分布，并且鳍片向风扇旋转的反相弯曲，增加与气流的接触。

采用此种设计，轴流风扇的盲区正好对应散热片的铜芯，而铜芯本身外露表面积很小，有气流辅助也难以提升散热能力。

同时，外围的众多鳍片正好都笼罩在风扇的强大风力之下，散热效果自然出色。

它的设计可以说是“避实就虚”的做法：风力盲区被巧妙的设计所回避，最大程度上降低了由其带来的负面影响；而且比起后面要提到的“传统涡轮式”风扇，它的铜芯和散热鳍片接触面积更大，可以更好的将热量传导到鳍片的各个部分，即使核心部位没有直接气流照顾，间接散热也可取得满意的效果。

还有一些改良措施，比如采用大口径风扇，配合锥形导流罩转接，既可增大风压，又能消除盲区，照顾到散热片对应发热设备的核心部位，散热效果可以得到明显的改善。

不过缺点也是显而易见的——体积大，所以并没有被广泛采用，而只出现在一些玩家的改装作品中。

又比如，在风扇正下方与散热片接触的出风口部位增加与扇叶形状相似、但弯曲反向相反的导流片，为气流再添一道“约束”，这样的话可使气流在导流片作用下吹向中心部位，以达到缩小盲区的目的，并且进一步增强了风压；但气流的冲扰与更多的摩擦，无疑会增大工作噪音。

夹在中间的锥形导流罩带有附加导流罩的风扇要完全突破风力盲区所带来的负面影响，“顶置式”可谓是希望渺茫了，而以下两种新型的片&扇结合方案则可以近乎完美的实现：侧置式：顾名思义就是将风扇安装在散热片的侧面。

其特点在于风扇与风道式散热片完美的配合使空气气流只有一个流向，除了与散热片的接触之外没有其它不利冲扰，而且风阻小，热交换效率高。

相对于顶置式来说侧置式不但没有风力盲区（并不是说不存在风力盲区，而是风力盲区对于侧置来说没有影响），而且侧置风扇的气流可以顺利的通过散热片从另外一边吹出，能够将散热片整体的热量沿着鳍片空隙直接吹到机箱之外，使机箱内的空气流向十分的流畅，从而有效的降低系统的整体温度！而顶置风扇有风力盲区不说，气流到达底部后不可避免的要产生涡流，影响气流的使用效率和散热效果。

侧置式的A VC“龙骑士”凡事有利必有弊，侧置式同样存在另一侧的散热片由于离风扇较远而导致散热不均匀的缺点，特别是在散热鳍片间隙很小，气流难以穿越的情况下。

还有一点就是当侧置风扇厚度比较大的情况下会造成整个散热器占地面积太大，给安装造成困难。

而要在严格按照散热器尺寸规范控制体积的情况下设计一款品质优秀的侧置式散热器技术难度比较高，这也是市面上侧置式散热器不是很多的原因。

而龙骑士在这方面则做得不错，它的散热片分为两部分，靠近侧置风扇一侧的散热片鳍片数少、间距大，直接与CPU核心部位接触；而另一侧的鳍片则非常密集，由于离核心部位较远，所以使用两根热管从底部将热量导出到散热片上，这样就避免了散热不均的现象。

偏置式：既然侧置的风扇会使横向体积过大那“顶置”是比较好的选择，而“偏置”是什么意思呢？其实就是把风扇横向放置在散热片顶部，这样其风力就能垂直向下吹到散热片上面，示意图如下：偏置式相对于顶置式的优点现在市面上的偏置式散热器大都采用了涡轮风扇，所以又把它叫做“涡轮式”或“龙卷风式”。

他的主要优点就是能够消除传统的顶置式风扇所带来的风力盲区，而且涡轮风扇风力分布均匀，以较低的风扇转速能够产生更大风量，有效的控制了噪音，同时达到了优越的散热效果。

不过缺点就是风速比较低，所以散热速度较慢。

典型的散热器如Coolermaster龙卷风系列，还有夸张的“空军一号”，连散热器著名厂商Tt也按耐不住出了一款TR2-M4。

TR2-M4CoolerMaster龙卷风奔腾X71上面的这款散热器采用了两个鼓风机式的风扇向下吹风，两个风扇各负责一半散热片的散热，其实效果和上面的两款“涡轮式”风扇一样，都消除了风力盲区。

不过偏置式风扇的缺点也是显而易见的，虽然相对与侧置式来说横向体积得到了有效的控制，但是平放的涡轮风扇再加上散热片个头实在太高了，一些机箱可能难以容纳这种庞然大物，随之而来的散热器重量的增加倒是勉强可以接受。

内置式：“内置”的风扇确实不容易理解，不过看了下面的这两款散热器之后你就会知道为什么把它叫做“内置式”了。

很有创意的内置设计这款型号为“GH-PCU21-VG”的“3D cooler散热器”是台湾技嘉公司尝试涉足于散热器市场的首款产品。

由图中可以看出，在密集的桶型散热鳍片中间包围着一个涡轮风扇，其散热原理为：空气从顶部吸入，通过涡轮风扇向周围360度范围吹出，这样就不必考虑传统散热器风量与风压的问题，充分利用起每一页鳍片，达到了超大实际散热面积。

传统的“涡轮风扇”听起来挺诱人的，不过应该注意到这款散热器是配合内嵌的4根热管（实际为2根）才达到比较好的散热效果的。

而以前曾经昙花一现的一些“涡轮风扇”（传统涡轮式）也应该算作“内置式”，它们形状虽然独特但是散热效果并不理想，这是因为CPU核心产生的热量很难迅速传递到“涡轮”状的散热片上，而涡轮风扇的风向是向四周吹出的，正下方的CPU核心部位是没有风力的，这样的话即使“内置”的涡轮风扇很出色也不能起到良好的散热性能。

而技嘉的这款产品通过热管的使用能够将热量迅速带到密集的桶型散热鳍片上，然后内置的涡轮风扇发挥威力散尽热量。

这种内置式设计确实很有创意，但是缺点也比较突出：由于风向是由中心往四周吹出，所以风力分散；中间涡轮风扇占据了很大的空间以至于散热片的体积被压缩，所谓的“超大实际散热面积”其实热交换效率并不高。

这款九州风神双龙热管散热器乍一看好象没有风扇，其实是把风扇“居中”了，透过密集的散热片就能够看到里面的风扇了。

与技嘉的3DCooler相比这两款“内置式”的散热器设计出发点是一致的：由热管把CPU核心的热量导出到散热片上，按后通过风扇散热。

前者的设计亮点是采用涡轮风扇以达到“360度范围吹风，超大实际散热面积”的目的；而后者通过居中的侧置风扇达到“半吸半吹”的效果，是颇具新意的设计。

显然，这款散热器也可以算作侧置式，不过由于内置居中的风扇占据了CPU核心位置，所以采用了两根热管将热量导了出来。

侧置式遇到的主要问题就是散热片长度太大，风阻较高，所以远离风扇的散热片散热效果不佳，导致散热不均；不过这个居中的风扇达到的“半吸半吹”效果将其良好的解决了。

虽说吸风的一面进入的是冷空气，经过一次热交换之后温度升高才进入吹风的一面，但是总体上来讲吹风的散热效率要比吸风高，所以两边的散热相对来说比较平衡。

这其中涉及到吹风与吸风两种送风方式的特点，所以请接着往下看——送风方式：作为风冷散热器，其基本出发点就是通过风扇来主动散热。

而不管什么样的风扇其送风方式只有两种：吹风和吸风。

这两种方式的典型代表作就是电风扇和换气扇，两者原理一致，只不过侧重点不同而已。

同样，散热器的送风方式也具有“吹风式”和“吸风式”这两种，不过由于散热器自身的特点又产生了采用多个风扇组合的方式，而其结构的不同使得它与吹风和吸风方式略有不同，所以姑且将其作为单独的一种送风方式列出。

吹风式：虽说风扇的进风量和出风量是恒等的，但是由于风扇的扇叶、导流罩设计等，出风口气流整体方向较为一致，风压较大，但内部紊流较多；进风口空气则是被动流入风扇内，没有外力作用或气流冲击，压强应略低于环境气压，且气流为层流。

风扇“吹”出的空气内部流动混乱（紊流），与散热片的热交换效率更高，且风压大，非常适合作为风冷散热器的送风方式，但缺点则是气流扰动、鳍片振动较多，相同风量下噪音较大。

而吸风方式虽然气流平顺，容易获得较大的风量，且噪音低、振动少，但热交换效率不高，多用于一些对静音需求较高的场合，例如水冷系统的散热排等。

现在的散热器几乎全部采用了吹风式方案，大家应该已经司空见惯，习以为常了，所以这里就不多作介绍。

吸风式：前面既然说了吹风式散热效果要明显好于吸风式，那么有些厂商干嘛要费那么大劲往市场上推吸风式散热器？这就要从近年来CPU散热器的发展谈起，说来话长——随着CPU越来越强，功耗越来越大，发热量节节攀升，散热器的压力也越来越大。