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风量与压力曲线分析

空气增流器及其移动空气所通过的系统均可展现静压与气流的特性曲线。其概念与电阻相似;当流经电阻的电流增加时,电阻的压降也随之增加。同样,当通过系统的风量增加时,系统的压降也会增加。

绝压传感器置于风扇前.jpg


许多风扇曲线经常出现的特征是靠近绘图中间的平坦、水平或正斜区域,通常称为曲线中的“拐点"。它对应于气流从风扇叶片脱离而非在叶片周围平稳流动的操作区域。这种脱离会导致噪声水平增加,并且由于该区域的微小压力变化会导致风量出现巨大变化,因此系统的实际操作点可能既难预测又不稳定,会造成磨损加剧、机械振动和其他不良影响。鉴于这些原因,大多数风扇的操作范围是曲线拐点的右侧(自由流动)。

看!风的曲线是这样的!

图1. 风扇曲线样例(配有注释)

系统曲线和多风扇

在电子应用中,系统的压力P 和通过系统的风量Q 之间的关系往往是P=xQy 的形式,其中x 和y 是风扇迫使空气通过的系统特征“常数",指数y 的值通常在1和2之间,通常接近2。对于风扇和空气移动所通过系统的任何给定组合,操作点为系统和风扇曲线相交处——在这种流速下,风扇产生的静压与通过所装系统的风量所需的压力达到平衡。

风扇及系统曲线的非线性特性可能会产生不太直观的影响。图2包含假设的系统曲线、图1所用的同一风扇曲线示例以及两个相同风扇串联、两个相同风扇并联和相同单个风扇以80%速度运行的曲线,每个场景的操作点均已圈出。人们可能认为情况应该会大致成比例——使用两个风扇会带来大约两倍的风量,或者降低风扇速度会按比例减少风量。虽然此处已证明,将单个风扇的速度调低20%会导致风量大致成比例减少,但如图3所示,将所用风扇的数量增加一倍,预计只会增加10%到17%的风量。

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图2. 假设的系统曲线以及单个风扇、降速版单个风扇、串联和平联配置双风扇的曲线。

图 3. 在降低风扇速度和使用多个风扇的情况下,通过假设系统的风量预期变化。

这一结果是由于所用风扇的曲线中存在宽而平的拐点区域,加上系统压力曲线上升相对较快,并且已接近单风扇情况下的拐点。虽然在此处使用单个风扇是可行的,但系统中几乎没有变化(如过滤器负荷)。并联使用多个风扇只是将整个风扇曲线向右延伸,让风扇曲线中的拐点穿过系统曲线;这并非出色的设计方案。将两个风扇串联使用,能够显著改善系统曲线和组合风扇曲线之间的余量,如果可以接受比单风扇方案增加一倍的部件数量和空间要求,或者需要多余元件,这也许是可行的解决方案。然而,更好的解决方案可能是寻找具有更适用于该应用场景的特性曲线的其他风扇。

推、拉或两者兼而有之?

可将空气增流器安装在系统的进气或排气侧,或两者均安装。与大多数此类设计方案一样,每种各有利弊。

看!风的曲线是这样的!

图4:风扇将空气推入外壳

(+)风扇在较冷空气中运行,延长使用寿命

(-)风扇靠近过滤器,会降低过滤器的效能和流动效率

(-)应用外壳内气流不均

看!风的曲线是这样的!

图5. 风扇将空气抽出外壳

(+)由于增加了风扇与过滤器的距离,优化过滤效果及经过过滤器的流量

(+)便于根据排风温度进行闭环温度控制。

(+)外壳内气流更均匀

(-)风扇在较暖环境下运行:风扇寿命缩短

看!风的曲线是这样的!

图6. 两个风扇,一推一拉

(+)冗余度:如果一个风扇发生故障,气流不会停止

(+)在保持降温效果的同时,能够降低风扇速度(对风扇寿命有利)

(-)价格及所需空间比单个风扇高出一倍


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