Wentylator i radiator - ssać czy dmuchać?

To pytanie dotyczyło załączników. Jednak z punktu widzenia wentylatora przymocowanego do radiatora nie ma znaczenia, czy powietrze jest wdmuchiwane przez płetwy, czy zasysane przez płetwy. Innymi słowy, czy wzór przepływu powietrza jest na tyle inny, że ma znaczenie?

Jest to tak szeroki temat, że tak naprawdę nie można na nie odpowiedzieć jednym prostym, jest lepszy niż druga odpowiedź.

Stojąc samotnie, dmuchawa wentylatora wytwarza bardziej skoncentrowaną, szybszą i burzliwą „rzekę” powietrza w porównaniu do strony wlotowej, gdzie powietrze jest pobierane prawie jednakowo ze wszystkich kierunków. Możesz to przetestować dość łatwo z praktycznie każdym fanem. Połóż dłoń przed stroną nadmuchu, a poczujesz przepływ powietrza i efekt chłodzenia. Odłóż rękę, a efekt jest znacznie trudniejszy do wykrycia.

Turbulencje również znacznie poprawiają wydajność wymiany ciepła. Turbulencja jest w rzeczywistości twoim przyjacielem.

Tak więc z samych punktów widzenia strona wydmuchowa wydaje się lepszą stroną chłodzenia.

Jednak nie chodzi tylko o wentylator.

Geometria wybranego radiatora ma również duży wpływ na wydajność wentylatora. Wentylator obrotowy przymocowany do typowego radiatora z żebrowaniem liniowym będzie w rzeczywistości dość nieefektywny. W rzeczywistości obszar znajdujący się bezpośrednio pod środkiem wentylatora praktycznie nie będzie miał żadnego ruchu powietrza. Jest to oczywiście niefortunne, ponieważ zwykle tam znajduje się rzecz, którą próbujesz ostudzić.

Ponadto, chyba że żebra są dość głębokie, przepływ powietrza jest ogólnie źle rozłożony. Zbyt płytkie, a powstałe przeciwciśnienie może faktycznie „zatrzymać” wentylator. W tych okolicznościach zainstalowanie wentylatora w kierunku „ssania” może faktycznie poprawić sytuację, ponieważ powietrze będzie wchodzić w boki radiatora bardziej liniowo, wypełniając pustkę pod ciśnieniem powietrza wytwarzanym przez wentylator.

Prawdopodobnie pokazany powyżej radiator może być bardziej wydajny z dłuższymi żeberkami i wentylatorem zamontowanym na jednym końcu.

Lepsze konstrukcje wykorzystują radialne radiatory takie jak ten poniżej. Jak widać, styl tutaj jest promieniowo symetryczny do przepływu powietrza na całym obwodzie wentylatora, a tym samym zapewnia bardziej równomierny transfer ciepła wokół centralnego rdzenia.

Jednak nawet w tym stylu sam rdzeń jest nadal źle wentylowany. Jako taki jest zwykle wytwarzany jako solidny rdzeń o wysokiej przewodności cieplnej, który działa jak rura cieplna. Nawet wtedy, patrząc na poniższy obrazek, obszar wokół rdzenia w kwadratowej części, który dotyka chipa, w rzeczywistości jest pustką powietrzną, która jest dość nieefektywna. Lepszy projekt miałby ten obszar wypełniony metalem w zaokrąglonej stożkowej strukturze. Oczywiście byłoby to niemożliwe do wytłoczenia.

Jeśli faktyczne materiały i przygotowania powierzchni również mają ogromną różnicę w konstrukcji radiatora. Materiały o wysokiej przewodności cieplnej są oczywiście najlepsze, ale powierzchnia powinna być również wystarczająco gładka, aby nie dopuścić do formowania się kieszeni powietrza lub pochwycenia cząsteczek pyłu, ale także nie tak gładka, aby powietrze przepływało zbyt łatwo.

Oczywiście można spędzić lata na doskonaleniu tej małej formuły, ale generalnie nie chcesz wysokopolerowanego radiatora z chromem. Piaskowane aluminium lub miedź piaskowana złotem, jeśli możesz sobie na to pozwolić, działałyby znacznie lepiej.

Kolejnym poważnym problemem jest zanieczyszczenie.

Kurz i brud dostaną się do wentylatora i radiatora. Z biegiem czasu gromadzi się i poważnie obniża wydajność urządzenia. Dlatego rozsądnie jest zaprojektować układ wentylatora i radiatora tak, aby sam się spłukiwał, jak możesz.

To tutaj zwykle wygrywa wentylator dmuchawy. Dzięki kontrolowanemu przepływowi powietrza i jeśli dopływające powietrze może być utrzymywane w czystości, ma tendencję do wydmuchiwania pyłu z radiatora. Co prowadzi mnie do następnego punktu.

Pozyskiwanie i usuwanie powietrza

Możesz wydać tysiące dolarów na opracowanie idealnego układu wentylatora i radiatora, a wszystko to na nic, jeśli nie zajmujesz się resztą powietrza wokół układu chłodzenia, zwłaszcza w ciasnej obudowie.

Ciepło nie tylko musi zostać usunięte z urządzenia do powietrza, ale to gorące powietrze musi zostać usunięte z otoczenia. Niezastosowanie się do tego spowoduje po prostu recyrkulację gorącego powietrza, a awaria termiczna nadal będzie występować na urządzeniu, które próbujesz zabezpieczyć.

Jako taka, twoja szafka musi być wentylowana i powinieneś również włączyć wentylatory szafki, aby czerpać chłodne powietrze z zewnątrz szafy. Wentylatory te powinny zawsze zawierać wyjmowane filtry siatkowe i / lub piankowe, aby kontrolować ilość pyłu z otoczenia zasysanego do urządzenia. Dopuszczalne są panele wydechowe typu otwartego grilla, jednak dla najlepszego działania należy utrzymywać nadciśnienie w szafce, aby utrzymać przepływ powietrza w kierunku na zewnątrz, aby ponownie ograniczyć dopływ zanieczyszczeń.

Przypadki specjalne

Wszędzie tam, gdzie urządzenie ma zostać zainstalowane w ekstremalnym środowisku, należy podjąć specjalne środki. Środowiska o dużym zapyleniu, takie jak młyny podłogowe itp., Lub środowiska o wysokiej temperaturze otoczenia będą wymagały albo skierowanego powietrza bezpośrednio do podwozia, albo uszczelnionego urządzenia i dwustopniowego, ewentualnie płynnego układu chłodzenia.

Krytyczne przypadki

Jeśli twój system kontroluje coś krytycznego, rozsądnie jest uwzględnić wykrywanie termiczne i ewentualnie aktywne sterowanie wentylatorem jako część systemu radiatora. Takie systemy powinny obejmować funkcję przejścia w stan bezpieczny i ostrzeżenie użytkownika, aby wyczyścił filtry lub w inny sposób zmniejszył ciepło otoczenia wokół systemu, gdy jest to konieczne, aby zapobiec krytycznym awariom.

Jeszcze jeden punkt

Możesz wydać pół roku na rozwój, uzyskując najlepszy na świecie projekt radiatora z drogimi wentylatorami i doskonałym systemem dystrybucji powietrza, a następnie wypalić urządzenia z powodu braku związku termicznego o wartości 2 centów.

Dostawanie ciepła z urządzenia, które próbujesz zabezpieczyć, do radiatora może być często najsłabszym punktem systemu. Komponenty nieprawidłowo zamontowane na radiatorze za pomocą odpowiedniego materiału termoizolacyjnego zabijają więcej jednostek niż reszta problemów razem wziętych.

Proces i procedury produkcyjne powinny zostać opracowane, aby nadać tym aspektom pierwszeństwo.

Na przykład, jeśli powiesz, że używasz trzech lub czterech tranzystorów typu TO220 zamontowanych na jednym radiatorze, rozsądnie jest mechanicznie zamontować je na tym radiatorze, a jeśli to konieczne, radiator na płycie, PRZED przejściem proces lutowania. Zapewnia to priorytet połączenia termicznego.

Pasty, kremy, żele i izolowane elektrycznie podkładki termiczne powinny zawsze znajdować się między przewodem a radiatorem, aby wypełnić wszelkie szczeliny powietrzne spowodowane brakiem płaskości lub nierówności na powierzchni urządzenia lub radiatora.

I utrzymuj to w czystości. Zanieczyszczenie wielkości lub ziarenka soli, a nawet bezpańskie włosy, mogą powodować awarie termiczne.

Schemat ciśnienia będzie się różnić.

Podczas wdmuchiwania nacisk na powierzchnię radiatora (równolegle do łopatek) będzie wyższy, co oznacza wyższą przewodność cieplną na powierzchni.

Po zassaniu przez płetwy nacisk na powierzchnię płetw prostopadłą do strumienia powietrza będzie wyższy.

Myślę więc, że prawidłowy kierunek przepływu powietrza zależy od proporcji wymiarów radiatora i ważenia ich wzorem rozpraszania ciepła. Empirycznie można powiedzieć, że gdy jego amplituda jest znacznie większa niż głębokość, zdecydowanie lepsze jest wydmuchiwanie.

Dodanie po komentarzu andresgongora ...

Pomyśl o ciśnieniu powietrza jako napięciu i prędkości powietrza jako o prądzie, o przeszkodach prostopadłych do przepływu jako oporze, a wynikającej z tego konwekcji ciepła jako mocy. Lub pomyśl, że ciśnienie oddziaływuje na ciepło w jednostce czasu, które jest odświeżane przez szybkość przepływu powietrza.

Tak więc wzorzec ciśnienia nie da dokładnego obrazu tego, co się tam dzieje, pełny wzorzec konwekcji będzie skomplikowany, ale daje dobry pomysł na lepszy kierunek przepływu powietrza.

Ciepło przekazywane jest przez przewodzenie, promieniowanie i konwekcję. Do chłodzenia układu scalonego stosowane są wszystkie trzy tryby - przewodzenie z matrycy do radiatora, promieniowanie z radiatora do otaczającego środowiska, konwekcja poprzez ruch powietrza. Prawa Boyle'a i Charlesa dają nam , gdzie = ciśnienie, = objętość, jest stałą, a jest temperaturą absolutną. Teraz, jeśli chcemy śledzić zmiany temperatury w czasie, możemy różnicować to równanie. To daje:P V k $PV = kT$$P$$V$$k$$T$

Jeśli chcesz przepuszczać powietrze przez stałą objętość, , np. Obudowę komputera lub jego zasilacz, to ; i oczywiście . Zatem równanie upraszcza:d $V$d$\frac{dV}{dt} = 0$$\frac{dk}{dt} = 0$

Innymi słowy, jeśli zwiększysz ciśnienie w czasie, temperatura wzrośnie i na odwrót. Aby pomóc Ci zrozumieć tę zasadę, rozważ te dwa przykłady:

1. gdy pompujesz opony roweru za pomocą pompy ręcznej, koniec pompy najbliżej wylotu jest dość ciepły. Ten efekt ogrzewania jest zmieniany przez wartość P.dV / dt, która nie jest równa zero.

2. jeśli masz w domu sześcienny pokój z oknami i drzwiami na wszystkich czterech pionowych ścianach i masz gorący wiatr z północy, możesz ochłodzić pokój, otwierając okno / drzwi na północnej ścianie, powiedzmy od 50 do 100 mm i otwierając okna / drzwi na innych ścianach, powiedzmy od 200 do 500 mm. Spowoduje to obniżenie ciśnienia w pomieszczeniu i obniżenie temperatury.

Teraz kwestia turbulencji.

Największa ilość wymiany ciepła z radiatora (lub innych gorących elementów) zachodzi przy laminarnym przepływie płynu. Gdy przepływ powietrza wzrasta, możesz w końcu osiągnąć punkt, w którym przepływ powietrza staje się turbulentny. Skutki turbulencji to:

• efektywny obszar wentylatora zmniejsza się - zapytaj dowolnego pilota samolotu śmigłowego o wpływ na napęd podczas zwiększania prędkości śmigła poza czerwoną linię RPM
• wzrost hałasu = utrata energii
• powstają wiry, odkładające się w powietrzu gruz w obszarach o niższej prędkości
• wydajność wentylatora spada, a jego temperatura może wzrosnąć
• dochodzi do kawitacji powodującej obszary zerowego przepływu powietrza, a zatem
  gwałtowny wzrost temperatury.

Turbulencja zdecydowanie NIE jest twoim przyjacielem .

Możesz spróbować zmniejszyć prędkość wentylatora, aby zmniejszyć turbulencje; jeżeli wentylator został dobrze zaprojektowany, kąty łopatek wentylatora będą ciągłymi krzywymi, aby uwzględnić wzrost prędkości powietrza, gdy powietrze przechodzi nad łopatkami. Spowolnienie wentylatora oznacza, że ​​krzywizna łopat nie jest już prawidłowa dla przepływu laminarnego. Efekt ten można przezwyciężyć w śmigłach samolotów i dużych statków, zmieniając „skok” łopat, w tym skok w tył. Zwykle nie jest to możliwe w przypadku wielkości wentylatorów chłodzących stosowanych w sprzęcie elektrycznym.

Całun fanów

Jeśli istnieje niezakłócona, ciągła ścieżka powietrza od strony dolnej (wysokie ciśnienie lub wylot) do strony górnej (niskie ciśnienie lub wlot), powietrze o wyższym ciśnieniu przemieszcza się po najkrótszej drodze z powrotem do wlotu i przepływ dolny jest zmniejszony. Widzisz to cały czas - śmigła samolotów, śmigła morskie (patrz najnowszy projekt napędu hiszpańskich okrętów wojennych dostarczanych do Australii), tanie wentylatory chłodzące. Aby przezwyciężyć tę stratę, a tym samym zwiększyć efektywność wentylatora, lepsze konstrukcje mają ściśle dopasowane osłony wokół końców łopatek wentylatora. Doktor Franka Whittle'a obejmował zastosowanie osłoniętych wentylatorów w silniku odrzutowym - znacznie bardziej wydajnym niż otwarte śmigła i dobrym do szybkiego wzrostu temperatury w celu zwiększenia prędkości spalin.

Używanie ręki do wykrywania chłodzenia

Chłodzenie, które odczuwasz za wentylatorem, jest głównie efektem odparowania płynnej wody znajdującej się na skórze - utrata 540 cal / gram przez odparowanie z pewnością będzie „czuć się” chłodnym. Ale wpływ na podzespoły elektroniczne / elektryczne, które nie mają wody na skórkach, jest zilch. Zatem użycie ręki do wykrycia spadku temperatury to zły model.

W PODSUMOWANIU:

Ssanie jest lepsze niż dmuchanie w celu obniżenia temperatury. Przepływ laminarny jest najskuteczniejszym sposobem konwekcji i odprowadzania ciepła. Osłonięcie łopatek wentylatora zwiększa efektywność i wydajność wentylatora.

Myślę, że to zależy od projektu. Główne czynniki to:

• źródło zimnego powietrza i wypływ cieplejszego powietrza w zamierzonym kierunku. Jeśli wyssiesz się z radiatora, dopływ powietrza do radiatora może znajdować się w pobliżu innych elementów grzewczych, a zatem źródło powietrza może nie mieć potrzebnej niskiej temperatury lub temperatura zasilania może się zmieniać wraz z działaniem, negatywnie zmieniając sprawność układu chłodzenia;
• kurz dostający się do małych otworów radiatora. Jeśli wdychasz powietrze, jak wielu komentatorów mówi, masz jeden punkt wlotu powietrza i może on być przykryty filtrem, lub powietrze może po prostu pochodzić z czystszej lokalizacji z założenia. W przypadku odsysania źródło powietrza najprawdopodobniej znajduje się bardzo blisko powierzchni płytki drukowanej i innych elementów, zasysając nagromadzone z nich odległości.
• Istnieje inny sposób zaprojektowania układu chłodzenia. Jeśli otworzysz współczesny notebook lub wysokiej klasy komputer PC, może się okazać, że ma on chłodzenie wodą lub inną cieczą, a wentylator może nie wymagać umieszczenia w pobliżu układu; Można go umieścić w dowolnym miejscu, które według projektanta jest wygodne w obsłudze i najbardziej czyste.

Dlatego głosuję za napływem, ale znowu wszystko zależy od konstrukcji urządzenia.

Pracuję dla firmy technologicznej Optical Networking (Telecom) i zawsze zajmuję się chłodzeniem i EMC. Doskonałe komentarze do podstawowej decyzji projektowej dotyczącej pytania o sprzęt oparty na kartach / półkach - umieszczenie wentylatorów po stronie wlotu lub wylotu filtra powietrza.

Powiedziano nam, że niektórzy dostawcy modułów elektronicznych, że użyliśmy powietrza, tracą wydajność chłodzenia o 10-15%. Dwie inne obserwacje, które mam, to
1) (duże) Wentylatory na wlocie NIEstety PODGRZEWAJ powietrze przez tarcie i rozpraszanie ciepła przez silnik wentylatora
2) w próbie dodania przewodów / deflektorów na naszej karcie obwodu, aby źle ukierunkować przepływ powietrza NIEPRAWIDŁOWO, jeśli PULLING powietrze przez PCBA.

Po prostu blokuje ruch powietrza, podobnie jak zbyt delikatne funkcje - powietrze po prostu przechodzi wokół radiatora! Uważam, że podstawową różnicą jest to, że PULLING powoduje ruch tylko przez różnicę ciśnień (mniej turbulencji) bit PUSHING powietrze wykorzystuje aktywne turbulencje i różnicę ciśnień.

Kiedy pytanie jest zwarte do [wspólnego] radiatora i [wspólnego osiowego typu łopatkowego] wentylatora, zasługuje na krótszą odpowiedź. Odpowiedź brzmi, jak zwykle i niestety, „zależy”.

(1) Kiedy wentylator jest przymocowany do górnej części radiatora w kierunku „ssania”, powietrze wchodzi do żeber (lub sworzni) w materiale laminarnym (co najmniej w stosunku do większych skal wirowych niż odległość żeber / sworzni). Jako taka warstwa graniczna wokół powierzchni wymiany ciepła jest gruba, a przenoszenie ciepła jest raczej słabe. Co więcej, w jednostronnej konstrukcji zlewu z typowym wentylatorem będzie „martwa strefa” pośrodku ze słabym przepływem powietrza, dokładnie w miejscu, w którym ciepło powstaje pod zlewem.

(2) Kiedy wentylator wdmuchuje się w łopatki radiatora, wyjściowy przepływ powietrza jest turbulentny, a termiczna warstwa graniczna wokół powierzchni metalowych jest cienka, więc przepływ powietrza wnika głębiej w strukturę żeber i blisko powierzchni metalowych, zapewniając dobre przenoszenie ciepła. A najwyższa [turbulentna] prędkość powietrza występuje wokół środka zlewu, gdzie najwyższe jest „naprężenie” termiczne.

Wygląda więc na to, że przypadek (2) ma wyraźną przewagę nad przypadkiem (1). Niestety jest jeszcze jeden czynnik, którym jest wydajność wentylatora w różnych warunkach otoczenia. W przeciwieństwie do dmuchaw, które wytwarzają wyższe ciśnienie w stosunku do otaczającej przestrzeni (i są stosowane w konstrukcjach z rurami cieplnymi wewnątrz laptopów), wentylatory osiowe zapewniają lepszą wydajność przepływu powietrza podczas zasysania powietrza z ciasniejszej przestrzeni do otoczenia, więc obudowa (1) ma tutaj pewne preferencje .

Z drugiej strony, gdy wentylator osiowy napotyka wysoką impedancję aerodynamiczną, tak jak podczas wdmuchiwania, może sam się „zwierać” i zapewniać jedynie niewielki przepływ powietrza lub jego brak. Tak więc zastosowanie wentylatora osiowego ma pewną zaletę w przypadku słabej obudowy termicznej (1), podczas gdy wydajność tego samego wentylatora jest zmniejszona przez uruchomienie go w obszarze pod ciśnieniem (ale bardziej wydajnym termicznie).

Tak więc obudowa (1) ma słabą wymianę ciepła, ale lepszą wydajność wentylatora, a obudowa (2) ma lepszą wymianę ciepła, ale gorszą wydajność wentylatora. Wynik netto to „to zależy”, które obejmuje kilka czynników, takich jak grubość żeber i odstępy. I zależy to od konstrukcji wentylatora. Istnieją trzy typy wentylatorów osiowych: rurowo-osiowe, łopatkowo-osiowe i śmigła, które mogą mieć łopatki zoptymalizowane pod kątem wydajności w jednym lub drugim kierunku. Wentylatory osiowo-rurowe mają również dobrą wydajność zwiększania ciśnienia i są stosowane w serwerach typu blade. Więc wyniki mogą się różnić.

Oczywiście najlepszy wynik można osiągnąć dzięki konstrukcji z dwoma wentylatorami, takimi jak ten, w którym jeden wentylator wpada, a drugi wysysa powietrze.

Jeśli wentylator i radiator są zamknięte w kanale powietrznym, uzyskamy taki sam przepływ powietrza po obu stronach wentylatora, więc pozycja radiatora nie powinna mieć większego znaczenia. W przypadku konfiguracji „wentylator na szczycie radiatora” strona nadmuchowa zdecydowanie zapewnia lepsze chłodzenie.

Ssanie lub dmuchanie nie jest prostą odpowiedzią - sprowadza się do (bez zamierzonej gry słów) temperatury powietrza przepływającego przez radiator, prędkości przepływu i zanieczyszczeń, które mogą się gromadzić. Zatem najprostszą odpowiedzią jest najfajniejsze powietrze, najlepszy przepływ powietrza i najmniej zanieczyszczeń - tylko naprawdę możliwe do zbadania i eksperymentu.

W większości przypadków wentylator w trybie zasysania jest znacznie lepszy niż tryb nadmuchu.

Jeśli wentylator zostanie ustawiony w trybie nadmuchu, siła wiatru zostanie zablokowana i rozłożona przez radiator, dlatego ciepło rozproszy się wokół radiatora, w wyniku czego to samo źródło przepływu powietrza zostanie zassane przez wentylator, a ciepło zostanie odzyskane.

W trybie zasysania ciepło byłoby wydmuchiwane w bardziej skoncentrowanej linii, dzięki czemu znacznie mniej ciepła byłoby odzyskiwane.

Wyjątkiem byłoby to, że wentylator jest wystarczająco silny, aby wydmuchać ciepło wystarczająco daleko od radiatora, aby przepływ powietrza nie był ponownie przetwarzany. Wtedy cios może faktycznie być lepszy, ponieważ jest bardziej skoncentrowany, dzięki czemu powietrze przepływa szybciej (ta sama ilość powietrza, ale szybciej) i dlatego wiatr stałby się chłodniejszy =)