风扇和散热器-吸还是吹?


57

这个问题涵盖了外壳。但是,从安装在散热器上的风扇的角度来看,空气是通过散热片吹出还是通过散热片吸入都没有关系。换句话说,气流的模式是否足够重要?


4
您是否希望将碎片吹到昂贵的芯片上?
安迪(aka Andy)

12
@Andyaka通常散热器足以覆盖芯片,因此无关紧要。否则金达很难获得足够的冷却。
棘轮怪胎

3
实验。两种方法都尝试一下,看一看是否比另一种效果更好。通常,无论哪种方式,您都有入口和出口。一个很可能会比另一个更好地工作。
误解为

3
古老的问题。
罗布

6
为什么选择?高端散热器设计同时使用了两者。在这种设计中,两个风扇同轴安装在散热片的两侧。
MSalters

Answers:


107

这是一个如此广泛的主题,实际上这不是您可以用简单的一个答案就比另一个答案更好的答案。

在此处输入图片说明

与单独从各个方向吸入空气的进气侧相比,风扇的吹动侧单独产生的确会产生更集中,移动更快和更湍流的空气“河”。您几乎可以使用任何风扇来进行这项测试。将您的手放在打击侧的前面,您会感觉到气流和散热效果。将您的手放在后面,效果很难检测到。

湍流也大大提高了热传递效率。动荡实际上是你的朋友。

因此,仅从这些观点来看,打击面确实表现出更好的冷却面。

但是,这不仅与风扇有关。

选择的散热器的几何形状也会极大地影响风扇的性能。在典型的线性翅片散热器顶部上放一个旋转风扇实际上效率很低。实际上,风扇中心正下方的区域实际上几乎没有空气流动。这当然是不幸的,因为通常这就是您要冷却的物体所在的位置。

此外,除非散热片很深,否则气流通常分布不佳。太浅了,产生的反压实际上会使风扇“失速”。在那种情况下,将风扇安装在“吸入”方向实际上可以改善这种情况,因为空气将更线性地进入散热器的侧面,以填充风扇产生的气压中的空隙。

在此处输入图片说明

可以说,上面显示的散热器在使用更长的散热片并将风扇安装在一端时可能会更有效。

更好的设计使用如下所示的径向散热器。如您所见,此处的样式与风扇整个圆周上的气流在径向上对称,因此在中央核心周围传递的热量更均匀。

但是,即使采用这种样式,芯子本身仍然通风不良。因此,它通常被制造为用作热管的固态高导热芯。即使这样,从下图可以看出,方形截面中核心周围的区域实际上接触到了芯片,这是一个效率很低的空隙。更好的设计是使该区域以圆形圆锥结构填充金属。但是,这当然是不可能的。

在此处输入图片说明 在此处输入图片说明

如果事实,材料和表面处理在散热器设计上也有很大的不同。高度导热的材料显然是最好的,但表面也应足够光滑,以免形成空气囊或夹住灰尘颗粒,但也不应太光滑以至于空气太容易通过它。

当然,可能需要花费数年才能使这个小公式变得完美,但总的来说,您并不需要高抛光铬的散热器。如果您可以负担得起,则喷砂铝或镀金喷砂铜会更好。

另一个严重的问题是污染。

灰尘和污垢会进入风扇和散热器。随着时间的流逝,这会累积并严重降低设备的性能。因此,应谨慎设计风扇和散热器的布置,使其尽可能自冲洗。

这是鼓风机通常胜出的地方。在受控的气流下,如果可以保持流入的空气清洁,它就会将灰尘吹出散热器。这把我带到了下一点。

在此处输入图片说明

空气采购和撤除

您可能会花费数千美元来开发风扇和散热器的完美布置,如果不处理冷却系统周围的其余空气,尤其是在密闭的机箱中,这将是徒劳的。

不仅需要将设备中的热量排空,而且还需要从附近设备中清除热风。否则,将仅再循环热空气,并且在您要保护的设备上仍然会发生热故障。

因此,您的机柜需要通风,并且还应包括机柜风扇,以从机柜外部吸入冷空气。这些风扇应始终包括可移动的网状过滤器和/或泡沫过滤器,以控制吸入设备的环境灰尘量。开放式格栅式排气面板是可以接受的,但是,为实现最佳操作,应在机柜内保持正压,以保持气流朝外,以再次限制污染物进入。

特别案例

无论要将设备安装在极端环境中的何处,都需要采取特殊措施。高粉尘环境(例如地板磨机等)或高环境温度环境将需要将空气直接输送到机箱,或者需要使用密封单元和两级(可能是液体)冷却系统。

重大案件

如果您的系统控制的是至关重要的事情,那么谨慎的做法是将热感测和可能的主动风扇控制纳入散热器系统。此类系统应具有进入安全状态并警告用户清洁过滤器或在必要时减少系统周围环境热量的功能,以防止严重故障。

再加一点

您可以花费半年的开发资金来获得世界上最好的散热器设计,其中包括昂贵的风扇和完善的空气分配系统,这些设备全部锁定,然后因缺少2美分的导热胶而烧毁设备。

从试图保护的设备中吸收热量通常是系统中最薄弱的环节。使用适当的热粘合材料未正确安装到散热器上的组件所杀死的单元数量超过了其余所有问题的总和。

您的制造过程和程序应经过开发,以将这些方面放在首位。

例如,如果您要使用安装在单个散热器上的三个或四个TO220型晶体管,则谨慎地将它们机械地安装到该散热器上,如果合适的话,将散热器机械地安装到板上,然后再进行检查。焊接过程。这样可以确保热连接优先。

器件和散热器之间应始终包括导热胶,乳膏,凝胶和/或电绝缘的导热垫,以填充由于不平整或器件或散热器表面上的凸起而引起的任何空气间隙。

并保持清洁。污染的大小或一粒盐,甚至是散乱的头发都可能导致热失效。


2
另外,您忘了提到不同的金属以不同的方式传导热量。而且您没有提到热管。但是,您给出了可靠的答案。关于散热器的污染,它们非常适合收集灰尘,污垢,动物毛发和人发。
伊斯梅尔·米格尔

3
@DmitryGrigoryev ....塑料散热器会有什么好处。.这是关于将热量从热源通过散热器传递到空气中。散热器需要高度导热。
Trevor_G

2
@Trevor我可能无法正确阅读问题,或者确实与粉丝有关。
德米特里·格里戈里耶夫

3
尘土让我想起了一位在PC上在室内吸烟的客户。这些灰尘在过去几年中起到了过滤香烟烟雾的作用。我一生伤痕累累……本该拒绝帮助他们的,但当时我需要现金。
克里斯·施耐德

3
我对CPU气流几乎没有任何兴趣,但是我正在报复,因为它可能是我见过的最好的答案:)
Whelkaholism

5

压力模式会有所不同。

吹入时,散热器表面(平行于叶片)上的压力会更高,这意味着表面上的导热性更高。

当通过鳍片吸入时,鳍片表面上垂直于空气通量的压力会更高。

因此,我认为正确的气流方向取决于散热器的尺寸比例,并根据散热方式对其进行加权。凭经验可以说,当它的充裕程度大于深度时,无疑会更好。


在Andresgongora的评论之后加上...

将气压视为电压,将空气流速视为电流,将与流动正交的障碍视为阻力,将产生的热对流视为动力。或者认为质量压力与单位时间内的热量相互作用,而气流速率正在刷新这一压力。

因此,压力模式无法准确显示那里发生的情况,完整的对流模式会很复杂,但可以为更好的气流方向提供一个好主意。

在此处输入图片说明


如果宽度大于深度,那不应该吮吸吗?当深度大于宽度时,吹动?我想我不明白,请您详细说明一下吗?毕竟,我们所追求的不是压力,而是气流。
andresgongora

@andresgongora看到附加内容。
艾罕(Ayhan)

4

PV=kTPVkT

VdPdt+PdVdt=kdTdt+Tdkdt

VdVdt=0dkdt=0

VdPdt=kdTdt

换句话说,如果您随时间增加压力,温度将升高,反之亦然。为了帮助您理解此原理,请考虑以下两个示例:

  1. 当您使用手动打气筒在手推自行车上打气时,最靠近出口的打气筒末端会很热。该热效应被P.dV / dt项改变,该值不为零。

  2. 如果您的房屋中有一个立方房间,且所有四个垂直墙上都装有门窗,并且有北风吹来,则可以通过打开北墙上的窗户/门以50到100的百分比来冷却房间毫米,然后将其他墙壁上的门窗打开200至500毫米。这将降低室内压力并降低温度。

现在来谈谈动荡的问题。

在层流中,散热器(或其他热组件)产生的最大热量传递。当气流增加时,您最终可能会达到气流紊乱的程度。湍流的影响是:

  • 风扇的有效面积减小-当将螺旋桨速度增加到RPM红线以上时,询问任何螺旋桨飞机飞行员对推进的影响
  • 噪音增加=能量损失
  • 形成涡流,将空气中的碎屑沉积在低速区域
  • 风扇效率下降,温度可能升高
  • 发生气穴现象,使空气流量为零,因此
    温度急剧上升。

因此,动荡绝对不是你的朋友

您可以尝试降低风扇速度以减少湍流。如果风扇设计合理,则风扇叶片的角度将为连续曲线,以考虑到空气通过叶片时空气流速的增加。因此,降低风扇速度意味着叶片的曲率不再适合层流。通过改变叶片的“螺距”(包括反向螺距),可以克服飞机和大型船舶螺旋桨上的这种影响。对于电气设备中使用的冷却风扇,通常这是不可能的。

风扇罩

如果存在从下侧(高压或出口)到上侧(低压或进气)的畅通无阻的连续空气路径,则高压空气仅通过最短路径返回进气口和进气口。下游流量减少。您一直都能看到这种情况-飞机螺旋桨,船舶螺旋桨(请参阅向澳大利亚提供的西班牙军舰的最新推进设计),廉价的家用散热风扇。为了克服这种损失,从而提高风扇的效率,更好的设计在风扇叶片的尖端周围设有紧密配合的护罩。弗兰克·惠特尔(Frank Whittle)的博士学位包括在喷气发动机中使用带罩风扇-比敞开式螺旋桨效率高得多,并且有利于快速升温以提高排气速度。

用一只手检测冷却

在风扇下游时,您感觉到的降温主要是皮肤上残留的液态水蒸发的结果-蒸发造成的540 cal / g损失肯定会“感觉”凉爽。但是,对皮肤上没有水的电子/电气组件的影响却很小。因此,用您的手检测温度下降是错误的模型。

综上所述:

吸气要比吹气好以降低温度。层流是对流和传导热量的最有效方法。风扇叶片的覆盖增加了风扇的效率和效率。


2
我认为散热器上的层流问题是靠近散热器,您有一个边界空气层作为绝缘体。高性能单风扇CPU散热器几乎总是将空气推入而不是将空气抽出。我以为他们这样做的原因是为了破坏边界层的空气并使气流更靠近散热器本身。平滑度是相同的论点。您希望散热片既不要太光滑也不要太粗糙。
马克·布斯

@MarkBooth我最近看到的许多CPU冷却器在外壳上都排有一个通风孔,因此它们将外部空气吸入外壳并直接在散热器上方。用风扇在通风口和散热器之间布置起来更简单(更便宜)。
克里斯·H

我假设您是在谈论集成系统@ChrisH,但在售后市场冷却器中我还没有看到这一点,在这种情况下,您无法保证CPU与机箱通风口之间的位置。
马克·布斯

@MarkBooth主要出售预建的系统,但我已经在机箱上看到了。和定制的系统。如今,CPU的位置已经很标准了-只需选择您的标准即可。
克里斯·H

1
我必须同意@AliChen,因为我记得湍流会增加强制对流换热。这就是为什么粗糙的表面胜于光滑的原因。
误解

3

我认为这取决于设计。主要因素有:

  • 以供应较冷的空气并使较热的空气流向预期的方向。如果您从散热器中吸出热量,则散热器的空气流入可能位于其他加热元件附近,因此可能无法获得所需的低温空气,或者流入的温度可能随运行而变化,从而对冷却系统的效率产生负面影响;
  • 灰尘进入散热器的小孔。如许多评论员所述,如果吹入空气,则您的进气口只有一个点,并且可能被过滤器覆盖,或者空气可能仅仅是设计使然而来的。如果您吸气,则气源最有可能位于非常靠近PCB表面和其他组件的地方,从它们那里吸走积聚的距离。
  • 还有另一种设计冷却系统的方法。如果您打开现代笔记本电脑或高端PC,您可能会发现它有水或其他液体冷却方式,并且可能不需要在芯片附近放置风扇。它可以放置在设计师认为方便维修且最干净的任何位置。

因此,我投票赞成流入,但同样,这完全取决于设备设计。


“如果您打开现代笔记本电脑”,它将使用热管。水在便携式系统中非常危险,因为它们可能会被损坏。
ivan_pozdeev

@ivan_pozdeev热管具有反正内的一些液体en.wikipedia.org/wiki/Heat_pipe。也许您是对的,我从没拆过热管来查看里面到底是什么。
匿名

2
热管不是液体冷却,原理不同(唯一的共同之处是使用冷却剂)。他们使用沸腾温度较低的物质而不是水。
ivan_pozdeev '17

而且,热管中的填充物往往不是良导体或良溶剂(与水不同)。
克里斯·H

3

我在一家光网络(Telecom)技术公司工作,并且经常处理冷却和EMC问题。对于基于卡/机架的设备问题的基本设计决策,提供了出色的意见-将风扇置于空气过滤器的进气或排气侧。

我们使用过的一些电子模块供应商告诉我,将空气损耗拉高10-15%的冷却效率。我还有另外两个观察结果:
1)(大)INTAKE上的风扇很不幸,由于摩擦和风扇电机的散热
而使空气预热2)试图在我们的电路卡中增加导管/导流板以使气流聚焦时,如果拉动,将导致失败。空气通过PCBA。

就像太精细的功能一样,它只是阻碍了空气的流动-空气只是绕过散热器!我相信基本的区别在于,牵引空气仅通过压力差(较少的湍流)引起运动。推动空气使用主动湍流和压力差。


2

如果将问题归结为一个[常见的]散热器和[一个常见的轴流叶片式]风扇,则它的答案应该更短。答案是,通常和不幸的是,“取决于情况”。

(1)当风扇沿“吸”方向安装在散热器顶部时,空气会进入层流形式的散热片(或销钉)(至少相对于大于散热片/销钉距离的涡流标度而言)。这样,传热表面周围的边界层较厚,并且传热相当差。此外,在带有典型风扇的单侧水槽结构中,中心处将存在一个“死区”,空气流通不良,恰好在水槽下方产生热量的地方。

(2)当风扇吹入散热器叶片时,输出气流湍流,金属表面周围的热边界层很薄,因此气流更深地渗透到散热片结构中并靠近金属表面,从而提供了良好的热传递。最高的[湍流]空气速度在水槽的中心附近,这里的热“应力”最高。

因此,情况(2)似乎比情况(1)具有明显的优势。不幸的是,还有一个因素,就是在不同环境条件下的风扇性能。与在周围环境中产生更高压力(并在笔记本电脑内部的热管设计中使用)的鼓风机不同,当将空气从更狭窄的空间中抽吸到周围环境时,轴流风扇可提供更好的气流性能,因此案例(1)在此具有一些优势。

另一方面,当轴流风扇像鼓风一样面对高空气动力学阻抗时,它会自身“短路”并且仅提供很少或没有气流。因此,在弱热情况下(1)使用轴流风扇具有一些优势,而将同一个风扇运行到加压(但热效率更高)的区域会降低其性能。

因此,案例(1)的传热效果较差,但风扇性能更好;案例(2)的传热效果较好,但风扇性能较差。最终结果是“取决于”,其中包括鳍片厚度和间距等多个因素。这取决于风扇的构造。轴流风扇有三种类型,即轴流式,叶片式和螺旋桨式,它们可以具有针对一个方向或另一个方向的性能进行了优化的叶片。轴流风扇还具有良好的增压性能,并用于刀片服务器。因此结果可能会有所不同。

显然,采用这种双风扇设计可以达到最佳效果,其中一个风扇吹入,另一个风扇将空气吸出。

在此处输入图片说明


1

如果将风扇和散热器封闭在通风管内,则风扇两侧的气流相同,因此散热器的位置无关紧要。对于“散热器顶部的风扇”设置,吹气侧无疑可以提供更好的冷却效果。


2
尽管流量相同,但流量本身不会,在进气侧有更多的层流,而在外侧有更多的湍流。
马克·布斯

1

吸气或吹气不是一个简单的答案-归结为(无双关语)流过散热器的空气温度,流速和可能积聚的污染物。因此,简单的答案就是最凉爽的空气,最佳的气流和最少的污染-只有通过调查和实验才能真正回答。


1

在大多数情况下,处于吸气模式的风扇要比吹气模式好得多。

如果将风扇置于吹气模式,则散热片会阻塞并散布风力,因此热量会散布在散热片周围,结果,相同的气流来源将被风扇吸回,并且热量将被回收。

在吸入模式下,热量将以更集中的方式吹散,因此将少得多的热量被回收。

唯一的例外是风扇的强度足以将热量散发到足够远离散热器的位置,以使气流不会被回收。然后,吹气实际上可能会更好,因为其更加集中,因此气流更快(相同的气流但更快),因此风本身会变凉=)

By using our site, you acknowledge that you have read and understand our Cookie Policy and Privacy Policy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.