换热器风扇的选择。第2部分

如何计算哪个风扇是适合您的应用

热交换器是一种设计用来有效地将热量从一种物质转移到另一种物质的装置。当流体用来传递热量时，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，水和乙二醇的溶液，也被称为防冻剂，将热量从发动机传递到散热器，然后再从散热器传递到流经它的周围空气。这一过程有助于防止汽车引擎过热。类似地，avid的热交换器设计用于去除飞机发动机、光学、x射线管、激光、电源、军事设备和许多其他类型的设备的多余热量，这些设备需要的冷却超过了风冷散热器所能提供的。

在空气-液体或液体-空气冷却应用中，气流是需要考虑的最重要参数之一。因此，选择合适的风扇和选择合适的热交换器同样重要。在热交换器风扇选择的第一部分，我们计算了气流和系统阻抗要求，并讨论了选择因素，如交流或直流功率，恒定或可变流量，以及风扇或鼓风机的选择。本文的第2部分将讨论其他重要的换热风机的选择因素，如空气密度影响、噪声、预期寿命和EMI/EMC干扰。

空气密度的影响

如本文第1部分所述，决定冷却能力的是空气的质量，而不是空气的体积。这是因为每个空气分子都有质量这个质量有吸收或传递热量的能力。在给定体积内，空气分子越多，物体吸收或传递的热量就越多。然而，给定体积的空气质量随海拔和温度而变化。当我们说到气流时，密度的定义最好表示为时间的函数，公式如下:

地点:



不管空气密度如何，风扇都能提供恒定体积的气流。换句话说，风扇将提供300 CFM，无论空气温度是70°F在海平面或250°F在10,000英尺以上。

为了说明这一点，让我们回顾一个示例。如果我们考虑风扇提供的干空气的体积流量为300 CFM，那么在海平面70华氏度，海平面250华氏度，以及海平面10,000英尺以上250华氏度时，空气质量流量是多少?

表1:不同温度和海拔下空气密度和质量流量的比较

条件	密度(磅/英尺3.）	质量流量(磅/小时)
海平面,70°F	0.075	1350
海平面,250°F	0.056	1008
10000英尺,250°F	0.038	684.

由表1可以看出，利用上面的方程(1)，海平面70°F的干燥空气的重量大于250°F的空气的重量为34%，大于250°F的空气的重量为97%。因此，该系统需要402 CFM (1.34 × 300 CFM)的海平面250°F干空气，才能提供与海平面70°F干空气相同的冷却能力。该系统需要海平面以上10,000英尺的591 CFM (1.97 x 300 CFM) 250°F的干空气，以提供与海平面70°F的干空气相同的冷却能力。请注意，在此分析中假设传入的热液体温度和冷却空气温度之间的温差相同。

虽然湿度对风扇尺寸的影响可以忽略不计，但当风扇在气流下游的吸力模式下使用时，它会对热交换器的性能产生影响。当温暖潮湿的空气冷凝时，水滴会聚集在换热器翅片上，导致性能下降和潜在的腐蚀。冷凝也可能导致风扇短路。

噪音

选择风扇的另一个重要因素是噪音。噪声对风机性能没有直接影响，但在选择风机时需要考虑噪声，有两个重要原因。首先，噪音会影响工作效率，或者，在一些极端的情况下，会导致长期的听力问题。诸如OSHA(美国职业安全与健康管理局)的职业噪音暴露标准(1910.95)，在没有听力保护的情况下限制了不同程度的声音暴露，从而避免了听力丧失。

其次，噪声对系统的运行和整体可靠性有很大的影响。噪音会影响一些电子设备的功能，这些电子设备可能起到减振器的作用，并因振动而疲劳。此外，一些操作环境，如实验室含有噪声敏感仪器。

风扇设计可以最大限度地减少由风扇叶片表面和后缘空气分离产生的宽带噪声。通过适当的桨距角和锯齿形或锯齿形尾叶边缘，可以降低噪声。我们的高性能双宽度双进口(DWDI)鼓风机是专门设计来减轻声学和降低噪音水平，以改善用户体验和减少环境振动的敏感设备。

预期寿命

风扇寿命定义为风扇连续运转而不损失显著转速或发出过多噪音以致不能再使用的时间。风扇通常需要长寿命无故障，以提供高系统可靠性。大多数风扇故障是由轴承故障引起的。然而，与电机或齿轮头轴承承载非常大的负荷不同，用于冷却风扇的轴承通常具有可忽略的负荷。因此，风扇的寿命可以由轴承中润滑剂的恶化来决定。与用于驱动重型机械的电机相比，风扇的运行和启动扭矩较低，如果润滑剂恶化，风扇将不能正常旋转。如果出现这种情况，启动电压会增加，风扇可能无法启动。润滑剂的恶化也增加了轴承产生的风扇噪音。

用于指定风扇寿命的两种最广泛使用的方法是较常用的L10寿命的方法和MTBF（平均故障间隔时间）。两者之间的区别是，L10寿命专指花费的时间为一组的风扇失效的10％的量。MTBF为球迷可以近似为当球迷有50％失败的时间。风扇L10生活通常在60,000-70,000小时在75％RH的-40和50℃之间C°正常操作条件下的范围内。MTBF寿命范围通常200,000-300,000小时之间的相同条件下进行。

对于长寿命，高品质的滚珠轴承风扇被认为是最可靠的。当使用L10方法在温度范围进行比较的套筒轴承和球轴承风扇寿命从25℃-60℃，球轴承风扇拖垮由平均50％套筒轴承风扇。在一般情况下，没有在套筒和滚珠轴承风扇之间的生活太大的差别，当温度接近环境。传统上，球轴承在高环境条件下提供比滑动轴承长寿命风扇电机。在流体润滑轴承（FLB），如那些在我们的标准轴流式风机和烧结套筒轴承使用最近的技术改进已经导致至少可靠性的数字不如球轴承在显著降低成本。

EMI和EMC干扰

风扇选择的另一个变量是EMI(电磁干扰)和EMC(电磁兼容性)。根据定义，电磁干扰是任何可能干扰设备正常运行的电气干扰。电磁干扰有两个广泛的领域:传导干扰和辐射干扰。

传导干扰是指通过电源线和信号线传导的任何不需要的信号。辐射干扰是指从一个源辐射出的任何可能影响设备正常运行的不希望收到的信号。传导电磁干扰通常比辐射电磁干扰更成问题。事实上，在处理无刷直流风扇时，电磁干扰通常是唯一需要关注的问题。

通常，运行正弦波电压的交流感应电动机不存在电磁干扰问题。然而，在靠近电机及其输入引线的地方可能存在小的磁干扰。无论是机械或电子换向的直流电机，以及由电子控制器供电的交流电机都具有电磁干扰信号。电磁干扰是由直流电压的切换产生的，这是产生电机磁场旋转所必需的。

EMC（电磁兼容性）可以最好被描述为设备无产生不必要的电磁干扰，可以影响其他电子设备的操作，以及其不通过别处产生不必要的干扰的负面影响的能力进行操作的能力。

总之，风扇选择是液体 - 空气和空气 - 液体冷却应用非常重要的一部分。它需要更多的不仅仅是气流和静压计算，大小合适的风扇的应用程序。正如在第1部分和第2的讨论，有一些必须由设计者大小的风扇提供了可靠的系统时，必须考虑其他一些非常重要的因素。这些包括空气密度的影响，噪声，寿命，和EMI / EMC干扰。