воздушный поток cfm что это

Воздушный поток cfm что это

http://www.compress.ru/article.aspx?id=21911&iid=1000
Итак, начнем. Самая главная характеристика вентилятора — это его размер. Выбор вентилятора обычно начинается с его размера, поскольку все корпуса допускают установку вентиляторов только определенного размера.

По типоразмеру наиболее распространены вентиляторы 80×80, 92×92 и 120×120 мм. Однако встречаются и другие размеры: 140×140, 200×200 мм и даже больше.

Понятно, что чем больше размер вентилятора, тем выше его производительность. То есть если сравнить, к примеру, 120- и 80-миллиметровый вентиляторы, то при равной скорости вращения производительность 120-миллиметрового вентилятора будет выше.

Впрочем, не будем забегать вперед и сначала попробуем разобраться, что такое производительность вентилятора.

Под производительностью вентилятора понимают создаваемый им воздушный поток (Air Flow), то есть объем воздуха, прокачиваемый вентилятором в единицу времени. Производительность вентилятора принято выражать в кубических футах в минуту (Cubic Feet per minute, CFM). Это одна из важнейших характеристик вентилятора, которая всегда указывается производителем. Именно воздушный поток, создаваемый вентилятором, определяет, какое количество рассеиваемого тепла можно будет отводить из корпуса в единицу времени.

Выразив массу воздуха через его плотность и объем, получим:

Учитывая, что объем воздуха, прокачиваемый через корпус в единицу времени, равен:

требуемый для отвода тепловой мощности W воздушный поток составит:

Подставляя в данную формулу плотность и удельную теплоемкость воздуха, а также преобразовав воздушный поток в CFM, получим:

Как видно, для того чтобы обеспечить определенную разницу температур внутри и снаружи корпуса, необходимо создать воздушный поток, прямо пропорциональный рассеиваемой тепловой мощности. Например, если все устройства внутри корпуса рассеивают максимальную тепловую мощность 300 Вт, температура снаружи корпуса 25 °С, а внутри корпуса должна составлять 45 °С, то необходимый для этого воздушный поток должен быть равен 26,4 СFM. Казалось бы, воздушный поток в 26,4 CFM — это не слишком много, такой воздушный поток способен обеспечить даже тихий, маломощный вентилятор. Однако нужно иметь в виду, что воздушный поток, создаваемый вентилятором, и воздушный поток, прокачиваемый через корпус системного блока, — это не одно и то же. То есть если вентилятор устанавливается в корпус системного блока, то его производительность уже будет отличаться от заявленной в технической документации.

Дело в том, что указываемая в документации производительность вентилятора рассчитывается в идеальных условиях отсутствия сопротивления создаваемому им воздушному потоку. В реальных условиях на пути воздушного потока, формируемого вентилятором, всегда существуют препятствия, которые приводят к уменьшению объема воздуха, прокачиваемого через вентилятор в единицу времени, и увеличению разницы между давлением воздушного потока, формируемого вентилятором, и давлением в окружающей среде (атмосферным давлением).

Рассмотрим простой пример. Пусть вентилятор установлен на входе в герметичную камеру и нагнетает туда воздух. Понятно, что через некоторое время воздушный поток, создаваемый вентилятором, станет равен нулю, а давление в самой камере увеличится. То есть через некоторое время вентилятор перестанет нагнетать в камеру воздух и будет лишь поддерживать разницу давлений внутри и снаружи.

То есть если, например, вентилятор расположить в трубе вплотную к стене, то стена будет препятствием для прохождения формируемого воздушного потока (воздушный поток вообще не будет проходить через стену). В то же время воздушное давление между стеной и вентилятором будет выше, чем окружающее атмосферное давление.

Для того чтобы учесть разницу между воздушным потоком, создаваемым кулером в идеальных и реальных условиях, вводят понятие характеристической кривой или расходной характеристики вентилятора, а также статическое давление, создаваемое вентилятором.

Пример характеристической кривой вентилятора показан на рис. 1.

Рис. 1. Пример характеристической кривой вентилятора

Характеристические кривые вентиляторов могут приводиться в их паспортных данных, однако стоит отметить, что это скорее исключение из правил, нежели общепринятая практика.

Кроме таких параметров, как воздушный поток и статическое давление, вентиляторы принято характеризовать скоростью вращения и уровнем создаваемого шума.

Скорость вращения вентилятора измеряется в оборотах в минуту (Rotations Per Minute, RPM). Естественно, производитель всегда указывает максимальную скорость вращения, а статическое давление и воздушный поток приводятся именно для максимальной скорости вращения. Дело в том, что скорость вращения вентилятора может изменяться. Существует два основных способа управления скоростью вращения вентиляторов: путем изменения напряжения питания и посредством широтноимпульсной модуляции (PWM) напряжения питания.

С изменением напряжения питания всё очевидно: чем выше напряжение, тем больше скорость вращения. Отметим лишь, что максимальное напряжение питания вентиляторов составляет 12 В, а минимальное зависит от конкретной модели вентилятора. То есть существуют вентиляторы, которые начинают вращаться уже при напряжении питания 3 В, а некоторым моделям требуется минимальное напряжение в 5 В.

Отметим, что данный способ изменения скорости вращения поддерживают все вентиляторы. В то же время есть модели, которые наряду с указанным способом поддерживают и управление скоростью вращения посредством широтноимпульсной модуляции напряжения питания (Pulse Wide Modulation, PWM).

Идея этого способа довольно проста: вместо того чтобы изменять амплитуду напряжения питания, напряжение подают на вентилятор импульсами определенной длительности. Амплитуда импульсов напряжения и частота их следования неизменны, меняется только их длительность. Фактически вентилятор периодически включают и выключают. Подобрав частоту следования импульсов и их длительность, можно управлять скоростью вращения вентилятора.

Отношение промежутка времени Ton, в течение которого напряжение имеет высокое значение, к периоду следования импульсов напряжения (Ton + Toff), измеряемому в процентах, называется скважностью PWM-импульсов. Если, к примеру, скважность равна 30%, то время, в течение которого на вентилятор подается напряжение, составляет 30% от периода импульса.

Отметим, что вентиляторы, поддерживающие PWM-управление, должны быть четырехконтактными. Вообще, вентиляторы могут быть двух-, трех- и четырехконтактными. Если вентиляторы двухконтактные, то они подключаются к MOLEX-разъему блока питания и не поддерживают возможности изменения скорости вращения. Собственно, два контакта в данном случае — это контакт 12 В и «земля».

Если вентилятор трехконтактный, то третьим контактом является сигнал тахометра, формируемый самим вентилятором и необходимый для определения текущей скорости вращения. Дело в том, что вентиляторы с сигналом тахометра за каждый оборот крыльчатки формируют два прямоугольных импульса (собственно, эти импульсы и представляют собой сигнал тахометра). Зная частоту следования импульсов сигнала тахометра, можно рассчитать скорость вращения вентилятора. Так, если частота импульсов составляет F(Гц), то скорость вращения вентилятора рассчитывается по формуле V (RPM) = 30xF(Гц).

В четырехконтактных вентиляторах, кроме трех описанных выше контактов, добавляется еще один — для передачи управляющих PWM-импульсов. Эти управляющие импульсы используются для периодического отключения двигателя вентилятора от линии питания 12 В.

Ну и еще одной важной характеристикой вентилятора является уровень создаваемого им шума.

Уровень шума вентиляторов выражается в децибелах по фильтру A (дБА) (фильтр A учитывает особенность восприятия звука человеческим ухом на разных частотах). Отметим, что для человека уровень шума в 30 дБА воспринимается как полная тишина, именно поэтому у многих шумомеров шкала измерения начинается с 30 дБА.

Как правило, если в технических характеристиках вентилятора указывается диапазон изменения скорости, то заявляемый уровень шума соответствует минимальной скорости вращения.

Очевидно, что статическое давление, создаваемое вентилятором, формируемый им воздушный поток и уровень шума вентилятора зависят от таких характеристик, как скорость вращения и диаметр вентилятора. Законы, связывающие эти величины друг с другом, называются законами вентилятора.

Предположим, требуется увеличить воздушный поток на 10%. Для этого нужно просто повысить скорость вращения вентилятора на 10%. При этом статическое давление, создаваемое вентилятором, увеличится на 21%. Кроме того, на 2 дБ вырастет и уровень шума, создаваемого вентилятором.

Если же рассмотреть вентиляторы разного диаметра, но на базе одного и того же электродвигателя и при одинаковой форме крыльчатки, то при равной скорости вращения увеличение диаметра крыльчатки от значения D1 до D2 приведет к изменению воздушного потока и статического давления в соответствии со следующим законом:

То есть при замене 92-миллиметрового вентилятора на аналогичный по форме 120-миллиметровый вентилятор воздушный поток увеличится в 2,2 раза, а статическое давление — в 1,7 раза.

Ну и последняя техническая характеристика, которая почти всегда указывается, — это тип используемого подшипника. Классическими вариантами подшипников являются подшипники скольжения (Sleeve Bearings) и качения (Ball Bearings). Подшипники скольжения — это самые дешевые и простые подшипники. В случае с вентиляторами такой подшипник представляют собой смазанные цилиндры с большой толщиной стенок, в которые вставляется вращающаяся ось (вал ротора). Подшипники скольжения имеют не очень большую продолжительность жизни, и со временем их характеристики ухудшаются. Связано это с тем, что при работе постепенно изменяются свойства смазывающего вещества (смазка начинает густеть и высыхать).

Подшипник качения (Ball Bearings) устроен более сложно, а следовательно, он более дорогой. Он состоит из внешнего корпуса и внутренней втулки, которые соединены между собой небольшими металлическими шариками. Подшипник качения, применяемый в вентиляторах, представляет собой неразборную деталь, и смазочный материал, используемый внутри него, не загрязняется, а свойства ухудшаются гораздо медленнее, чем у подшипников скольжения. Это заметно увеличивает срок службы вентилятора. Кроме того, такие подшипники малошумные.

Кроме классических вариантов подшипников скольжения и качения существуют другие различные их варианты.

Так, используются гидродинамические (Fluid Dynamic Bearings), магнитные (Magnetic Bearings), керамические подшипники (Ceramic Bearings) и подшипники скольжения с винтовой нарезкой (Rifle Bearings).

Гидродинамические подшипники (Fluid Dynamic Bearings) представляют собой модифицированную версию подшипника скольжения. В таких подшипниках вал ротора не касается твердых поверхностей, а вращается внутри небольшой масляной ванны, вследствие чего повышается надежность и уменьшается шум.

Магнитные подшипники (Magnetic Bearings) — это новый тип подшипников, который пока еще редко встречается. В таких подшипниках вообще нет ни смазки, ни соприкасающихся частей. Вал вращающегося ротора удерживается магнитным полем. Такие подшипники самые тихие и долговечные.

Керамические подшипники (Ceramic Bearings) — это подшипники качения, в которых вместо металлических шариков используются керамические.

Подшипники скольжения с винтовой нарезкой (Rifle Bearings) — это модификация подшипников скольжения. Они отличаются от классических подшипников скольжения тем, что в них в цилиндре и роторе по спирали нарезаны специальные канавки, в которых постоянно находится смазка. Благодаря более равномерному распределению смазки увеличивается срок службы.

Итак, рассмотрев все основные характеристики вентиляторов и вооружившись багажом знаний, перейдем от теории к практике и рассмотрим модельный ряд вентиляторов компании NZXT.
Модельный ряд вентиляторов NZXT

Модельный ряд вентиляторов NZXT довольно скромный — всего четыре модели: 120-, 140- и два 200-мм вентилятора.

120-мм вентиляторы являются широко распространенными, а вот 140- и 200-мм— это довольно специфические модели, которые можно установить далеко не в каждый корпус.

Все вентиляторы NZXT имеют подшипники типа Rifle Bearing, то есть подшипники скольжения с винтовой нарезкой. Правда, при этом не очень понятно, почему для модели FS 200RB заявлен срок службы 25 тыс. часов, а для модели FN 200RB, конструктивно точно такой же и отличающейся лишь более высокой скоростью, — 40 тыс. часов.

Все вентиляторы NZXT могут иметь либо трех-, либо четырехконтактный разъем.

Максимальная скорость вращения для моделей FN 120RB, FN 140RB и FN 200RB составляет 1300 RPM, а для «тихоходной» модели FS 200RB серии Silent — 800 RPM.

Все характеристики вентиляторов NZXT приведены в таблице. Однако довольно интересно проследить, как выполняются (или не выполняются) законы вентиляторов на примере моделей фирмы NZXT.

Сравним модели FN 120RB и FN 140RB. Конструктивно это абсолютно одинаковые вентиляторы, которые различаются лишь диаметром крыльчатки. Если взять за основу воздушный поток и статическое давление 120-мм вентилятора, то по законам вентилятора для 140-мм модели получим, что воздушный поток должен составлять 75 CFM, а статическое давление — 1,29 мм H2O. Однако для 140-мм вентилятора FN 140RB в технических характеристиках приводятся совсем другие данные. Причем самое удивительное, что заявляемое статическое давление модели у FN 140RB даже меньше, чем у модели FN 120RB.

Если сравнивать 200-мм модели FN 200RB и FS 200RB, то конструктивно они абсолютно одинаковые и различаются лишь скоростью вращения. Если взять за основу воздушный поток и статическое давление модели у FS 200RB, то по законам вентилятора для модели FN 200RB воздушный поток должен составить 145,4 CFM, а статическое давление — 2,59 мм H2O. Тем не менее для модели FN 200RB указываются совсем другие значения.

Вариантов этого объяснения три. Либо модели FN 200RB и FS 200RB различаются не только скоростью вращения, а модели FN 120RB и FN 140RB — не только диаметром крыльчатки (тогда непонятно, в чем их различие), либо в технические характеристики вкрались ошибки, либо есть какието китайские поправки к законам вентиляторов, о которых мы не знаем (компания NZXT считается американской, однако всё ее производство сосредоточено на Тайване и в Китае).

В заключение приведем результаты измерения скорости вращения для трех моделей вентиляторов: FN 140RB, FN 200RB и FS 200RB.

Для измерения скорости вращения мы использовали цифровой осциллограф, с помощью которого контролировался сигнал тахометра. Кроме максимальной скорости вращения, мы измерили диапазон изменения скорости, для чего вентиляторы подключались к панели управления NZXT Sentry LXE, позволяющей изменять напряжение питания вентилятора. Результаты измерений представлены на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость скорости вращения вентиляторов от напряжения питания

Как видите, для модели FN 140RB диапазон изменения скорости составляет от 519 до 1152 RPM, причем минимальная скорость вращения достигается при напряжении 3,63 В. Для модели FN 200RB скорость меняется в диапазоне от 591 до 1275 RPM, а для модели FS 200RB — от 303 до 627 RPM. Во всех трех случаях максимальная скорость вращения немного ниже, чем заявлено в технических характеристиках.

Источник

Трилогия охлаждения. Вентиляторы. Давление, расход.

Эта работа была прислана на наш «бессрочный» конкурс статей и является второй из трёх задуманных. Первая – Гибкий туннель для синхронных вентиляторов. За эту работу автор получил приз – медный кулер под Socket A.

Известно, что эффективность охлаждения зависит от многих факторов. В их числе и такго, как расход охлаждающего вещества, – воздух, вода и д.р. Чем больше его пройдёт через охлаждаемое тело, тем оно больше унесёт тепла. Продвинутые пользователи это не только знают, но и всевозможными методами стремятся поток увеличить. Именно по этому пункту возникает больше всего вопросов и недоразумений, – то получается недостаточно хорошее охлаждение, то много шума. Точнее, вопрос поставлен так: можно ли применять в охлаждении большие вентиляторы (насосы) взамен маленьких и чего от этого ждать? Об этом и пойдёт речь. Для того чтобы ответить, кроме теоретических обоснований, потребовался и ряд практических опытов.

реклама

Итак: Расход – количество вещества, прошедшее через данное сечение в единицу времени.

Имеется труба с определённым внутренним сечением F1, в которую подаётся газ или жидкость со стабильным давлением p1. В трубу установлено сужающее устройство с сечением F0. Характер потока и распределение статического давления в этом случае, будет таким:

Давление протекающей среды больше в тех сечениях потока, где меньше её скорость, и наоборот, в сечениях с большей скоростью, давление меньше. (Закон, открытый петербургским академиком Д а н и и л о м Б е р н у л л и).

На первый взгляд может показаться странным, что при прохождении узких участков трубы сжатие не увеличивается, а уменьшается. Тем не менее, этому факту объяснение есть. Какое количество газа или жидкости в трубу вошло, такое же и должно выйти. А как может пройти равный объём вещества через разные сечения? Только увеличением его скорости. При этом увеличивается и кинетическая энергия, что вызывает уменьшение потенциальной энергии потока в суженом сечении. Соответственно статическое давление в суженом сечении будет меньше, чем до сужающего устройства.

Таким образом, здесь всё ясно, – чем меньше площадь сечения устройства, тем меньше давление в этом сечении. Но это не всё, – если труба снова принимает прежний диаметр, давление за сужающим устройством полностью не восстанавливается!

Потерю давления среды Pn, протекающей через устройство, определяют как разность статических давлений, измеряемых в двух сечениях, в которых как до, так и после устройства, нет его влияния на характер потока. Величина потери давления зависит от модуля (m) сужающего устройства, т.е. отношения его площади к полному сечению трубы.

Таким образом, чтобы не было потерь потока, не должно быть и сужений, во всяком случае, существенных. Опыт использования устройств конической формы в промышленности показал, что потеря давления сравнительно небольшая, если выходной диаметр конуса составляет не менее 0.75 D трубы.

Наконец упрощённое уравнение расхода (Q), в котором не учитывается ни плотность, ни сжимаемость среды, ни шероховатость стенок и т.п., выглядит так:

реклама

Попросту говоря, чтобы увеличить расход вдвое, нужно либо в два раза увеличить площадь сечения, либо в четыре раза увеличить давление!

Тестирование различных вентиляторов началось со стендовых испытаний.

СТЕНДОВОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ ВЕНТИЛЯТОРОВ.

Тестирование проходили вентиляторы практически всех типоразмеров – от 60×60 до 120×120 мм. Вентиляторы 80×80 мм. оказались в несколько расширенном выборе. Поскольку их всё чаще используют для охлаждения, то и в испытаниях принимало участие несколько моделей. По возможности вентиляторы подбирались достаточно мощные в своём классе.

Обычно, на каждый вентилятор, фирмы изготовители указывают величину расхода воздуха (CFM) и очень редко величину развиваемого ими максимального давления при нулевом расходе. Иначе говоря, давления, нагнетаемого в герметичный объём. Для замера этого параметра использовался стенд со специальной камерой, с отбором для измерения статического давления. Для стыковки с камерой различных вентиляторов были изготовлены все необходимые переходники, которые плотно облегали перешеек камеры. (Эти же переходники впоследствии использовались для установки и тестирования непосредственно на радиаторах)

Имеющиеся немногие данные, (например вентилятора Thermaltake ТТ-8025TU) удивительно точно совпали с полученными результатами, – отклонение составляло не более ± 2%.

Кроме этого, было решено практически пронаблюдать зависимость расхода воздуха от величины сужения. Для этого использовалась динамическая труба с промышленной измерительной дифференциальной трубкой Пито. На снимке изображён момент сборки и подготовки (измерительная трубка не установлена). Выбран был самый большой 120×120 вентилятор. В динамическую трубу, в имеющееся разборное соединение, поочерёдно устанавливались диафрагмы с отверстиями различных диаметров. Картина продувки в динамической трубе выглядела несколько иначе, чем теоретически стабильный поток, хотя в целом никаких неожиданностей не было.

Единственное отличие, – при уменьшении диаметра отверстия, в промежутке трубы до сужения, начинало возрастать давление от нагнетающего вентилятора. (Как выяснилось, это довольно важно, и к этому мы ещё вернёмся). В конечном опыте оно увеличивалось настолько, что воздух устремлялся уже обратно, через вращающиеся лопасти вентилятора. Зато после сужающей диафрагмы отмечалось неуклонное падение потока.

ТЕСТИРОВАНИЕ НА СИСТЕМНОМ БЛОКЕ.

Испытания температурной зависимости от типа вентиляторов проводилось в одном системном блоке, с использованием двух различных радиаторов:

реклама

ARCTIC – радиатор полностью медный. К основанию припаяны тонкие, расположенные радиально от центра рёбра. Радиатор рассчитан на установку вентилятора размером 60×60 мм.

VOLCANO 9 – радиатор цельно-алюминиевый с медным диском, запрессованным в основание. Сечение радиатора соответствует вентилятору 80×80 мм.

Боковая крышка на время тестирования снята. Для удаления тёплого воздуха от локальной тепловой зоны, два задних, корпусных вентилятора (80×80) работали постоянно (

3000 rpm) Температура окружающей среды оставалась равной +23’С.

реклама

Замена вентиляторов на каждом из радиаторов производилась на ходу, без отключения компьютера и без снятия нагрузки с процессора. Так температура стабилизировалась гораздо быстрее. Испытания без нагрузки CPU не проводились. Все полученные результаты всех тестов в сводной таблице:

Серия испытаний на двух различных радиаторах дала разные результаты по температурам, но со схожими закономерностями и позволила получить ответ на поставленную задачу.

Безусловно, сужающий переходник вызывает снижение номинального расхода большого вентилятора, но практические данные в этом плане дали более оптимистичные результаты, чем можно было ожидать. Вышеописанные испытания на динамическом стенде в достаточной степени это поясняют – происходит повышение входного давления перед сужением и этим потери в немалой степени компенсируются.

реклама

Снижение же давления в самой узкой части устройства, оказалось малокритично. Это подтверждается тем, что все вентиляторы типоразмером 80×80, при определённом разбросе между собой предельного статического давления, держат практически одинаковую температуру данного радиатора. По-видимому, аэродинамическое сопротивление радиаторов в целом не столь велико, чтобы в полной мере востребовать этот параметр.

Но всё это до определённого предела, – входное давление не может повышаться бесконечно. Если относительное сужение переходника будет значительным, то потери после него будут совершенно неприемлемыми. На графике отчётливо видно, что радиатор «Volcano 9», имеющий большее сечение, чем «Arctic», меньше зависим от размеров и даёт практически одинаковые результаты с использованием 92 и 120 мм вентиляторов. Радиатор же «Arctic» с вентилятором 120 мм. вообще не согласуется, и даёт температуру выше «родного» (60×60) на +2’С!

Таким образом, выводы можно сделать вполне определённые:

На практике, основываясь на полученных данных, можно с уверенностью сказать, что относительное сужение может составлять:

реклама

m = 0.42 ( F0 60*60 / F1 92*92 ) или 0.65D ( D 60 / D92 )

При дальнейшем уменьшении коэффициентов, потери не оправдываются.

Здесь учтено, что вентиляторы, являющиеся по сути короткой трубой, имеют величину проходного сечения зависимую от его внутреннего диаметра. Так вентилятор с корпусом 60×60 имеет диаметр 57 мм. и площадь сечения 2550 мм.кв. Самыми оптимальными вариантами для замены являются вентиляторы типоразмеров 80x80x25 и 92x92x25 мм. Естественно, для каждого из них и радиатор должен более-менее соответствовать по минимальному сечению и удобству установки. Ещё одна характеристика, на том же графике, отображает зависимость температуры CPU от скорости вращения вентиляторов.

Полученные данные показывают, что повышение оборотов не всегда приводит к ожидаемому результату. Причина опять же в том, что расход имеет квадратичную зависимость и таким образом возрастает с повышением оборотов (давления) не так быстро, как бы хотелось. Кроме того, не менее веская причина кроется и в том, что при снижении температуры рёбер радиатора до определённой величины, уменьшается и перепад температур между ними и охлаждающим воздухом.

ВЕНТИЛЯТОРЫ. Кратко о впечатлениях от вентиляторов, прошедших тесты.

реклама

Именно с ним попутно проводились небольшие опыты по изучению формирования потоков.

Вентилятор без корпуса.

Во всех боковых стенках корпуса вентилятора D80BH-12 вырезались (полотном по металлу или лобзиком и немного дрелью) большие окна. По сути, стенки ликвидировались совсем, оставались только узкие стойки для крепежей. Его испытания на стенде и тестирование на кулере никаких изменений давления или температуры не выявили. Однако оказалось, что такой вентилятор шумит меньше, по сравнению с обычным. Совсем ненамного, но при поочерёдном включении точно такого же, но целого вентилятора, на слух это улавливается.

Очень интересная картина наблюдалась при прокрутке этого вентилятора в задымлённом воздухе с подсветкой плоским лучом света. К сожалению, на неподвижном снимке динамика струй дыма почти не передалась. Кроме того, трудно увидеть полную картину, так как изображено схематично, под одним ракурсом. Некоторые направления потоков видны только под определённым углом сечения.

реклама

Оказалось, что потоки воздуха втягиваются не только «сверху», но и со всех боков, и даже чуть с нижних внешних кромок! И только чуть отступив от кромки в сторону центра, образуется вращающийся поток, направленный вниз.

Эти свойства с успехом используются в известном кулере Zalman CNPS 7000.

Понятно теперь, почему он относительно тихий и как там формируются потоки?! Ламинарный поток проходит верхние, редкие рёбра, набирает давление-скорость и мощной струёй продувается через частые ребра у основания кулера.

Те же испытания в задымленной атмосфере показали, что аэродинамическая тень от средней части крыльчатки во вращающемся потоке незначительна, и следовательно серьёзного влияния на поток в целом оказать не может. Здесь может крыться ошибочное представление об эффективности удлиняющей насадки, поднимающей вентилятор над радиатором. Было сделано одно наблюдение.

Открытая стенка системного блока вовсе не залог хорошего охлаждения. Такой факт выявился на текущих испытаниях. Казалось бы, что может быть лучше свободного доступа воздуха к процессору? Однако стоило только отключить вытяжные вентиляторы, температура процессора немедленно поднималась на несколько градусов! Объяснение тому простое, – воздух, выбрасываемый кулером, скапливается тёплым облаком в верхней части корпуса и медленно перетекает через кромку наружу. Естественно, при этом кулер успевает его часть захватить обратно. Насадка уменьшает эту возможность, т.к. вентилятор выноситься из зоны повышенной температуры.

Если вентилятор работает на вытяжку, то насадка может своей нижней частью образовать своего рода кожух для радиатора. Степень прикрытия верхних частей рёбер (приблизительно на 45-50%) подбирается экспериментально, по минимальной полученной температуре процессора, после чего насадка надёжно фиксируется.

Однако процессор не единственный элемент, нуждающийся в охлаждении. При открытом корпусе, работа вытяжных вентиляторов никак не сказывается на продувке жёсткого диска. Внешний датчик, укреплённый на корпусе HDD («Barracuda» 40Gb, 7200) выдал температуру +50.4 градуса! Внутри нагрев вполне может быть ещё выше. Эта тихая «рыба» явно любит свежий воздух. При закрытом корпусе её температура составляет не более +30,5’С, без всякого дополнительного охлаждения.

О совмещении двух вентиляторов, и что это даёт?

Чтобы точно ответить, снова понадобились небольшие эксперименты. На статический стенд устанавливалась пара сдвоенных вентиляторов. Сразу же отмечалось заметное увеличение давления, но не сколько ожидалось. Теоретически давления ступеней должны складываться. При опыте было замечено, что обороты нижнего вентилятора при этом резко увеличивались. Здесь причина и крылась, он работал в закрученном потоке от первого вентилятора, как бы наполовину вхолостую.

Собственно такое построение напоминает схему двухступенчатого осевого компрессора авиационного двигателя. Однако там, между вращающихся колёс с лопастями, установлены стабилизаторы, по сути представляющие собой неподвижные лопатки с определённым углом поворота и тормозящие вращение потока.

Опыт был несколько изменён. Вентиляторы стыковались между собой не вплотную, а соединением, образующим между ними промежуток три сантиметра. Внутри него имелись неподвижные пластины, (оказалось достаточно всего одной перегородки на всю ширину соединения), стабилизирующие поток. Повторные испытания показали, учитывая потери, что давление увеличилось почти вдвое!

При этом, однако, проверка на динамическом стенде показала, что объём потока не изменился. Здесь всё правильно, – если нет сопротивления, не будет и разницы. Собственно, зачем может понадобиться увеличение запаса по давлению (или разряжению), если предыдущие опыты показали, что вполне достаточно одного вентилятора? Да, но если речь идёт только о продувке радиатора. Другое дело если используются различного рода воздуховоды.

В конструировании всегда считалось хорошим тоном совмещение в каком-либо устройстве различных функций. Почему, например, довольно мощному кулеру, помимо продувки радиатора, не выполнять роль вытяжного вентилятора при перевёрнутой установке, а корпусному на задней стенке, – не охлаждать кулер? Тогда потоку преодолевать сложившееся сопротивление радиатора, нормально закрытого корпуса, самого воздуховода, – значительно труднее. Кстати, можно заметить, что если вентиляторы устанавливаются на противоположных концах длинного изогнутого воздуховода, стабилизатор потока не обязателен. Вращение гасится его же сопротивлением.

Ещё о совмещении. Если в системном блоке на передней стенке установлен дополнительный приточный вентилятор, то почему бы ему в первую очередь не дуть на что-то нуждающееся, HDD например? Такое расположение предусматривают некоторые корпуса, либо можно самостоятельно установить винчестер в поток, используя любые крепления, вплоть до детского конструктора. Хороший эффект может дать простейший воздуховод от переднего вентилятора к видеокарте. При этом не обязательно его крепить или делать вплотную к кулеру последней. Может оказаться вполне достаточно прямой струи прохладного воздуха.

Тут кстати можно заметить, что воздуховоды или переходники по направлению потока, могут быть не только сужающимися или равномерными, но и расширяющимися. Если диаметр вентилятора не позволяет продувать всю необходимую площадь, к примеру, радиаторы водяного охлаждения, то лучшее решение будет сделать короткий кожух-переходник. Срабатывает эффект сопла динамического расширения, идущий явно в пользу вентилятора с недостаточным диаметром, делая его поток более равномерным. Это гораздо эффективнее и эстетичнее, чем вентилятор, примотанный изолентой, и где часть площади радиатора не обдувается вообще.

Примером реального применения может служить промышленный теплообменник, изображённый на снимке.

Воздух под давлением подаётся по толстой трубе в направлении, указанном стрелкой. По тонким трубам циркулирует вода. Другой случай: кожух на радиаторе некоторых автомобилей, автобус ПАЗ к примеру. Вентилятор расположен спереди по ходу движения.

ОХЛАЖДЕНИЕ ВОДОЙ. Немного о помпах.

Количество типов и моделей таковых, достаточно велико.

Возможно, такой насос может перекачать 200 литров воды за час с места на место в аквариуме без какого-либо сопротивления, но это вовсе не значит, что он способен поднять за час указанный объём на высоту 0.5 метра. Давление развиваемое насосом, попросту уравновешивается противодавлением водяного столба. Будь столб хоть на миллиметр выше, вода не потечёт вообще.

Кстати, некоторые модели имеют поясняющие квадратичные графики, изображённые прямо на упаковке.

На практике конечно, вода не просто поднимается, но и течёт по обратной трубке, что компенсирует потерю давления. Однако возникает другая проблема. Проходя по различным трубкам, переходникам, ватерблокам, разветвителям, вода преодолевает определённое сопротивление. Поэтому, заявленного расхода может не быть даже близко. Какой же он в таком случае в реальности?

Провести измерение можно и без счётчика воды. Для этого достаточно водой, прошедшей через систему охлаждения, по обратной трубке заполнить любую мерную емкость (пластиковую бутылку, к примеру) и засечь время, сколько это займёт. Если, например, ёмкость 1.5 л. заполнится за 1 мин. 48 сек., то расход будет равен

Конечно, расходная ёмкость должна при этом пополняться, а наполняемая находиться на том же с ней уровне. Компьютер, разумеется, в целом включать не нужно. Вообще-то подобным методом (мерной ёмкости) в настоящей метрологии непосредственно поверяются все счётчики расхода воды.

Если по каким-то причинам расход оказывается недостаточным, а изменение конструкции в целях снижения сопротивления неприемлемо, то выход только в увеличении давления на нагнетании. Иногда для этого устанавливаются последовательно две помпы, но это усложняет конструкцию со всеми вытекающими последствиями. К тому же в этом случае складывается не их производительность, а давление. Гораздо лучший вариант увеличить давление, – установить один, более мощный насос. В отличие от вентилятора, особое увеличение шума в этом случае не грозит.

Q помпы2 = (Q помпы1 : √H помпы1) x √H помпы2 ( 50 литров : √ 0,5 ) x √ 1,3 = 80.2 литра.

Причём расчётные данные точно подтвердились в ходе практических экспериментов. Таким образом, при покупке насоса следует обращать внимание не столько на его производительность в литрах, (она в любом случае обещается больше реально необходимой) сколько на развиваемое им давление!

Все опыты и подготовка к ним заняли очень много времени, но помогли узнать много интересного. Очень буду рад, если кому-то из пользователей полученные данные окажутся полезными. В настоящее же время проведены работы:

Данные в процессе подготовки.

При работе над статьёй использовались следующие материалы и оборудование:

УСПЕХОВ ВСЕМ! CONTINENTAL

Ждём Ваших комментариев в специально созданной ветке конференции.

Источник