今宏电子期刊 - 第十三期—03 FLOTHERM:风机建模需要了解哪些特性?

 

作者:Zyt           校对:Tony  
 

 

在电子产品热分析中经常遇到主动散热通风设备,小型的设备一般被称作风机。今天我们来了解一下做仿真前需要清楚风机的哪些特性
01
风机的分类
 
 

经典的分类方式是按照结构和气流流动方向划分,包括风机离心风机以及混流式风机

由于混流式风扇在外形上与轴流风扇相似,所以有时被称为半轴流(semi-axial)风机。在混合式风扇中,空气由叶轮轴方向进入并且成对角排出。所以混流式风机是介于轴流风扇和离心风扇之间的一种风扇。混流式风扇比相同尺寸和转速下的轴流风扇有更高的压头,当然这一压头值比相同尺寸和转速下的离心风扇来的小。

FLOTHERM支持各种类型风机的定义,最常用的还是轴流风机和离心风机。

02
风机的特性曲线和工作点
 
 
  • 对于无遮挡风扇,工作点是风机的特性曲线与管道阻力特性曲线的交点

  • 如果风机附近有遮挡物,则风机特性曲线有可能发生翘曲,其最佳工作点就会发生改变。下图展示了一个风机受壁面遮挡后风机特性曲线的变化情况。

风扇安装在机箱内,属于严重被遮挡的情况,仅查阅厂家的说明书远远不够的,这时我们可以使用FLOTHERM仿真软件计算得到新的最佳工作点

03
噪音特性
 
 

上图显示了一个轴流风扇和离心风扇的噪音特性曲线,在风扇入口1m处测量所得的声压是流量的函数。对于上述的轴流风扇其推荐的工作点在V=35M3/s ,此时其噪音最小。更低的噪音意味着轴承所受的应力更小,由此可以增加风扇的寿命。换而言之:风机的最佳工作点不是在最大体积流量处,而是在风扇的最佳性能处。

04
风扇热功耗
 
 

风扇本身会产生热量,对于风扇本身来说要给定热功耗,一个简单的风扇功耗平衡可以表述为:

举个简单例子:风机功率4.8W,效率0.7说明有70%的电能转换为静能和动能,剩下的1.44W(4.8*0.3W)即为热功耗。

05
Swirl
 
 

当风扇叶片没有很大的反压力时,其旋转分量大约为向前速度的1/3~1/5,也就是说高速的风机其旋转分量较小。如果风扇的背压比较高,则其旋转分量为向前速度的3~5倍。Flotherm中Flow Dependent Speed Swirl模型使用的是基于Papst相关信息的半经验公式进行设置。可以从下图中得到风扇Swirl对静压的反作用:

注意:在Flotherm中定义Swirl方向Clock-/counterclock wise是基于风扇的出口面(从上往下观察)与之不同,Papst产品目录中风扇旋流是基于入口面(从下往上观察)。

如何创建离心风机

FLOTHERM中可以通过堆积块的方式搭建一个离心风机模型,然后给定流量-扬程曲线以及热功率等参数。

但这种方法效率太低了,我们可以通过登陆Flotherm官方网页,输入相关数据来建立一个离心风机模型,保存到本地后再导入软件中。

 

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2021年7月9日 16:58
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