换热器风机选型

如何计算哪种扇适合你的申请

热交换器是一种能有效地将热量从一种物质转移到另一种物质的装置。当用一种流体来传递热量时，流体可以是液体，如水或油，也可以是流动的空气。最著名的热交换器是汽车散热器。在散热器中，一种水和乙二醇的溶液，也被称为防冻剂，将热量从发动机转移到散热器，然后再从散热器转移到流经散热器的周围空气。这一过程有助于防止汽车发动机过热。类似地，Aavid的热交换器被设计用于从飞机引擎、光学、x光管、激光、电源、军事设备和许多其他类型的设备中去除多余的热量，这些设备的冷却需要超出风冷散热器所能提供的。

空气-液体冷却应用中最重要的参数之一是气流。为了计算冷却一个过程所需的气流，我们必须知道要散发的热量和空气温度的变化。然而，在选择风扇时，光有气流是不够的。沿空气路径的系统阻抗也必须计算。气流和系统阻抗定义了冷却过程所需的风扇工作点。当为热交换器选择风扇时，一些其他的考虑因素包括风扇与鼓风机，恒定或可变流量，以及交流或直流电源。

建立气流的要求

为热交换器选择一个风扇的第一步是接近所需的气流来消散过程中产生的热量。估算所需气流的基本方程为:

这就是热容方程。结合转换因子和STP (Standard Temperature and Pressure)条件下空气比热密度，将式(1)简化为:



地点:



对于式(2)，容积流量的单位是立方英尺每分钟(CFM)，热量传递的单位是瓦特，温度变化的单位是华氏度。例如，要从小型电子柜中除去145w的热量，将空气从90°F(32°C)冷却到73°F(23°C)，我们需要:



这是在STP条件下，驱散机柜内部产生的热量所需的气流。应该注意的是，空气的质量，而不是它的体积，决定了冷却能力。

确定系统阻抗

一旦估计气流，必须计算或测量系统阻抗或“气流阻力”。系统阻抗以静压表示为气流的函数。典型的系统阻抗曲线由等式（4）控制：

地点:



这个方程描述了一个特定系统中静压和所需气流之间的关系。

回到前面的例子，使用方程4，我们计算出通过箱体的静压为0.11英寸的水。在这种应用中，在52°F(11°C)条件下，可用的设施水最多可达1加仑/分。我们需要选择一个风机，在0.11英寸的水下至少能提供27 CFM的气流，以及一个热交换器，当使用1加仑/分以下的水时，其性能如下:



过渡段是进入的热空气和冷水之间的初始温差。

如下图1所示，6105铜管翅片换热器配以至少能提供27 CFM、水流大于0.25 gpm的风扇时，可提供6.9 W/°C。如果我们选择如图2所示的MU1225S Oriental Motor fan，粉色的垂直线和水平线表明，在要求的0.11英寸水的情况下，这个fan将提供39 CFM，这远远超过了我们要求的27 CFM。但是，需要注意的是，风扇附件(如手指防护和过滤器)可能会对风扇性能产生影响，如图2中A、B和C点的气流差异所示。在一个高阻抗系统，如我们的例子，对风扇性能的影响是最小的。然而，低阻抗系统对风扇性能的影响可能更大。如图1中D、E、F点的气流差所示，如果我们的机柜有一个明确的气流路径，系统阻抗会相对较低，附件对风扇性能的影响也会较大。与所需的气流量相比，气流的任何显著下降都会影响热交换器的性能。





除了气流和系统阻抗外，选择风扇等风扇类型，恒定或可变流量，AC或DC电源，空气密度，噪声，寿命，EMI / RFI干扰等时，必须考虑其他重要因素。第2部分将涵盖空气密度，可听噪声，预期寿命和EMI / RFI干扰的考虑。

轴流风机或鼓风机

在确定系统阻抗和总体所需的气流后，下一步考虑的一般是使用哪种类型的风机。最常见的风机类型是轴流风机和鼓风机。轴流风机沿与风机叶片轴向平行的方向运动空气。它们在低静压条件下工作良好，当要求低噪音时优先。鼓风机采用离心式设计，气流垂直于旋转轴运动。它们适用于高压应用，如电信和高端服务器，并在其峰值静压附近以最高效率运行。

恒定或可变流量

风扇通常都是超大的，因为尺寸的计算是基于最坏的情况。例如，风扇的大小可以根据需要的最大散热量或根据极高的环境温度来确定。在这种情况下，超大风扇提供的额外性能可能只在极端情况下需要。对于许多操作阶段，相当低的气流率就足够了。例如，在较低的环境温度下使用较低的气流，或当设备仅在部分负载下运行时。对于这种需要适应不断变化的环境的应用，“智能”风扇是一种有效的解决方案。使用这种依赖温度的风扇控制，当热负荷较低时，转速会下降。因此，噪音排放和功率需求减少。

交流/直流风扇

系统的可用功率可能决定风扇的类型。如果你的应用是电源灵活的，你应该权衡直流和交流风扇的优点。直流风扇为恒流风扇，交流风扇为恒流风扇。在过去，直流电风扇明显比交流电风扇贵。如今，价格差异几乎不存在，人们可以更多地根据性能和功能来做决定。尽管交流风扇今天仍然广泛使用，直流风扇拥有更长的寿命，大约60%的功耗，和较低水平的EMI(电磁干扰)和RFI(射频干扰)。

当为热交换器选择风扇时，不仅要考虑冷却要求和系统阻抗，还要考虑风扇类型、恒定或可变流量以及交流或直流电源运行。本文的第2部分将讨论风扇的其他考虑因素，如预期寿命、空气密度、噪音和EMI/RFI干扰。