Quạt và tản nhiệt - hút hay thổi?

Câu hỏi này bao gồm nó cho bao vây. Tuy nhiên, từ quan điểm của quạt gắn vào tản nhiệt, không quan trọng việc không khí được thổi qua vây hay hút qua vây. Nói cách khác, mô hình của luồng không khí đủ khác nhau để quan trọng?

Đây là một chủ đề rộng, nó thực sự không phải là một chủ đề mà bạn có thể trả lời với một câu hỏi đơn giản tốt hơn câu trả lời khác.

Đứng một mình, phía thổi của quạt tạo ra một "dòng sông" không khí tập trung hơn, di chuyển nhanh hơn và hỗn loạn hơn so với phía hút khí nơi không khí được hút gần như bằng nhau từ mọi hướng. Bạn có thể kiểm tra điều này đủ dễ dàng với khá nhiều người hâm mộ. Đưa tay ra phía trước mặt thổi và bạn sẽ cảm nhận được luồng không khí và hiệu ứng làm mát. Đưa tay ra phía sau và hiệu quả khó phát hiện hơn nhiều.

Sự nhiễu loạn cũng cải thiện đáng kể hiệu quả truyền nhiệt. Sự hỗn loạn trong thực tế là bạn của bạn.

Vì vậy, từ những quan điểm đó, mặt thổi có vẻ làm mát tốt hơn.

Tuy nhiên, nó không chỉ là về người hâm mộ.

Hình dạng của tản nhiệt được chọn cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của quạt. Một quạt quay được đặt trên đỉnh của tản nhiệt vây tuyến tính điển hình của bạn sẽ thực sự không hiệu quả. Trong thực tế, khu vực ngay dưới trung tâm của quạt sẽ hầu như không có chuyển động không khí nào cả. Điều này tất nhiên là không may, vì đó thường là nơi mà thứ bạn đang cố gắng làm mát được đặt.

Hơn nữa, trừ khi vây khá sâu, luồng không khí được phân phối kém nói chung. Quá nông, và áp suất ngược kết quả thực sự có thể "ngưng trệ" quạt. Trong những trường hợp đó, việc lắp đặt quạt theo hướng "hút" thực sự có thể cải thiện tình hình vì không khí sẽ đi vào các cạnh của tản nhiệt một cách tuyến tính hơn để lấp đầy khoảng trống trong áp suất không khí do quạt tạo ra.

Có thể cho rằng, tản nhiệt được hiển thị ở trên có thể hiệu quả hơn với vây dài hơn và quạt được gắn ở một đầu.

Thiết kế tốt hơn sử dụng tản nhiệt xuyên tâm như hình dưới đây. Như bạn có thể thấy, kiểu dáng ở đây đối xứng hoàn toàn với luồng khí trên toàn bộ chu vi của quạt và do đó mang lại sự truyền nhiệt đều hơn xung quanh lõi trung tâm.

Tuy nhiên, ngay cả với phong cách này, bản thân lõi vẫn được thông gió kém. Vì vậy, nó thường được sản xuất như một lõi dẫn nhiệt cao, hoạt động như một ống dẫn nhiệt. Ngay cả khi nhìn vào hình ảnh bên dưới, khu vực xung quanh lõi trong phần hình vuông chạm vào chip thực sự là một khoảng trống không khí khá kém hiệu quả. Một thiết kế tốt hơn sẽ có khu vực đó chứa đầy kim loại trong một cấu trúc hình nón tròn. Tuy nhiên, điều đó tất nhiên sẽ không thể đùn ra.

Nếu vật liệu thực tế và các chế phẩm bề mặt cũng tạo ra một sự khác biệt rất lớn trong thiết kế tản nhiệt. Các vật liệu dẫn nhiệt cao rõ ràng là tốt nhất, nhưng bề mặt cũng phải đủ mịn để không cho các túi khí hình thành hoặc hút các hạt bụi, nhưng cũng không quá mịn khiến không khí đi qua quá dễ dàng.

Tất nhiên người ta có thể mất nhiều năm để có được công thức nhỏ bé đó hoàn hảo, nhưng nói chung bạn không muốn một bộ tản nhiệt mạ crôm có độ bóng cao. Nhôm phun cát, hoặc đồng phủ cát vàng, nếu bạn có đủ khả năng, nó sẽ hoạt động tốt hơn rất nhiều.

Một vấn đề nghiêm trọng khác là ô nhiễm.

Bụi bẩn sẽ xâm nhập vào quạt và tản nhiệt của bạn. Theo thời gian điều này xây dựng và làm giảm nghiêm trọng hiệu suất của đơn vị. Do đó, thật thận trọng khi thiết kế quạt và bố trí tản nhiệt của bạn để tự xả nước như bạn có thể.

Đây là nơi một quạt gió thường thắng. Với luồng không khí được kiểm soát và nếu không khí đi vào có thể được giữ sạch, nó có xu hướng thổi bụi ra khỏi tản nhiệt. Điều này đưa tôi đến điểm tiếp theo.

Tìm nguồn cung ứng và loại bỏ không khí

Bạn có thể chi hàng ngàn đô la để phát triển sự sắp xếp hoàn hảo của quạt và tản nhiệt và tất cả sẽ vô ích nếu bạn không xử lý phần còn lại của không khí xung quanh hệ thống làm mát của bạn, đặc biệt là trong một thùng kín.

Nhiệt không chỉ phải được loại bỏ khỏi thiết bị của bạn ra không khí, mà không khí nóng đó sau đó cần phải được loại bỏ khỏi vùng lân cận. Không làm như vậy sẽ chỉ tuần hoàn không khí nóng và sự cố nhiệt vẫn sẽ xảy ra trên thiết bị bạn đang cố gắng bảo vệ.

Vì vậy, tủ của bạn cần được thông hơi và bạn cũng nên bao gồm quạt tủ để hút không khí mát từ bên ngoài vỏ. Những quạt này phải luôn bao gồm lưới có thể tháo rời và hoặc bộ lọc bọt để kiểm soát lượng bụi xung quanh hút vào thiết bị. Các tấm xả loại mở có thể chấp nhận được, tuy nhiên, để vận hành tốt nhất, nên duy trì áp suất dương trong tủ để luồng khí được duy trì theo hướng ra ngoài để hạn chế sự xâm nhập.

Trường hợp đặc biệt

Bất cứ nơi nào thiết bị sẽ được cài đặt trong một môi trường khắc nghiệt, cần phải thực hiện các biện pháp đặc biệt. Môi trường bụi cao như máy nghiền sàn, v.v. hoặc môi trường nhiệt độ môi trường cao sẽ yêu cầu ống dẫn khí trực tiếp vào khung máy, hoặc bộ phận kín và hệ thống làm mát hai tầng, có thể là chất lỏng.

Các trường hợp quan trọng

Nếu hệ thống của bạn đang kiểm soát một cái gì đó quan trọng thì nên bao gồm cảm biến nhiệt và có thể điều khiển quạt hoạt động như một phần của hệ thống tản nhiệt của bạn. Các hệ thống như vậy nên bao gồm tính năng đi vào trạng thái an toàn và cảnh báo người dùng làm sạch bộ lọc hoặc giảm nhiệt xung quanh hệ thống khi cần thiết để ngăn ngừa các sự cố nghiêm trọng.

Thêm một điểm nữa

Bạn có thể dành nửa năm tiền phát triển để có được thiết kế tản nhiệt tốt nhất thế giới với những chiếc quạt đắt tiền và hệ thống phân phối không khí hoàn hảo, tất cả đều bị khóa sau đó đốt cháy các thiết bị vì thiếu hợp chất nhiệt trị giá 2 xu.

Nhận nhiệt từ thiết bị bạn đang cố gắng bảo vệ vào tản nhiệt thường có thể là điểm yếu nhất trong hệ thống. Các thành phần không được gắn đúng vào tản nhiệt với vật liệu liên kết nhiệt thích hợp sẽ giết chết nhiều đơn vị hơn các vấn đề còn lại cộng lại.

Quy trình và quy trình sản xuất của bạn nên được phát triển để ưu tiên cho các khía cạnh đó.

Ví dụ, nếu bạn nói rằng bạn đang sử dụng ba hoặc bốn bóng bán dẫn kiểu TO220 được gắn vào một bộ tản nhiệt duy nhất, thì nên thận trọng khi gắn chúng vào đế tản nhiệt đó, và nếu thích hợp, tản nhiệt vào bảng, TRƯỚC KHI đi qua quá trình hàn. Điều này đảm bảo kết nối nhiệt được ưu tiên.

Phải luôn luôn bao gồm bột nhão dẫn nhiệt, kem, gel và miếng cách nhiệt bằng điện giữa thiết bị và tản nhiệt để lấp đầy bất kỳ khe hở không khí nào do không bằng phẳng, hoặc va đập vào thiết bị hoặc bề mặt tản nhiệt.

Và giữ nó sạch sẽ. Một chất gây ô nhiễm kích thước hoặc một hạt muối, hoặc thậm chí là một sợi tóc đi lạc, có thể gây ra sự cố nhiệt.

Các mô hình áp lực sẽ khác nhau.

Khi thổi vào, áp suất trên bề mặt tản nhiệt (song song với lưỡi dao) sẽ cao hơn, có nghĩa là độ dẫn nhiệt cao hơn trên bề mặt.

Khi bị hút qua vây, áp lực trên bề mặt của trực giao với luồng không khí sẽ cao hơn.

Vì vậy, tôi nghĩ rằng hướng luồng khí chính xác phụ thuộc vào tỷ lệ kích thước của tản nhiệt và cân chúng với mô hình lan truyền nhiệt. Theo kinh nghiệm người ta có thể nói rằng khi độ khuếch đại của nó lớn hơn nhiều so với độ sâu của nó, chắc chắn thổi qua là tốt hơn.

Ngoài ra sau bình luận của andresgongora ...

Hãy nghĩ rằng áp suất không khí là điện áp và tốc độ không khí như dòng điện, các chướng ngại vật trực giao để chảy như điện trở, kết quả của sự đối lưu nhiệt là năng lượng. Hoặc nghĩ rằng áp lực khối lượng tương tác với nhiệt trên mỗi đơn vị thời gian, được làm mới bằng tốc độ dòng khí.

Vì vậy, mô hình áp lực sẽ không đưa ra một bức tranh chính xác về những gì đang xảy ra ở đó, mô hình đối lưu đầy đủ sẽ phức tạp nhưng nó cho một ý tưởng tốt về hướng luồng khí tốt hơn.

Nhiệt được truyền bằng cách dẫn, bức xạ và đối lưu. Để làm mát IC, cả ba chế độ được sử dụng - dẫn từ khuôn dập đến tản nhiệt, bức xạ từ tản nhiệt ra môi trường xung quanh, đối lưu bằng cách di chuyển không khí. Định luật Boyle và Charles cho chúng ta , trong đó = áp suất, = thể tích, là hằng số và là nhiệt độ tuyệt đối. Bây giờ nếu chúng ta muốn theo dõi sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian, chúng ta có thể phân biệt phương trình này. Điều này mang lại:P V k $PV = kT$$P$$V$$k$$T$

Nếu bạn muốn di chuyển không khí qua một khối lượng cố định, , ví dụ, một trường hợp máy tính hoặc cung cấp sức mạnh của nó, sau đó ; và tất nhiên . Vì vậy, phương trình đơn giản hóa để:d $V$d$\frac{dV}{dt} = 0$$\frac{dk}{dt} = 0$

Nói cách khác, nếu bạn tăng áp suất theo thời gian, nhiệt độ sẽ tăng lên và ngược lại. Để giúp bạn hiểu nguyên tắc này, hãy xem xét hai ví dụ sau:

1. khi bạn bơm lốp lên xe đạp đẩy bằng bơm tay, phần cuối của bơm gần ổ cắm sẽ khá ấm. Hiệu ứng làm nóng này bị thay đổi bởi thuật ngữ P.dV / dt, không phải bằng không.

2. Nếu bạn có một căn phòng hình khối trong nhà có cửa sổ và cửa ra vào ở cả bốn bức tường thẳng đứng và bạn có một luồng gió nóng từ phía Bắc, bạn có thể làm mát căn phòng bằng cách mở cửa sổ / cửa trên bức tường phía Bắc bằng cách nói 50 đến 100 mm, và mở các cửa sổ / cửa ra vào các bức tường khác bằng cách nói 200 đến 500 mm. Điều này sẽ giảm áp suất trong phòng và giảm nhiệt độ.

Bây giờ đến vấn đề nhiễu loạn.

Lượng truyền nhiệt cao nhất từ ​​tản nhiệt (hoặc các thành phần nóng khác) xảy ra dưới dòng chảy chất lỏng. Khi lưu lượng không khí tăng lên, cuối cùng bạn có thể đạt đến điểm mà luồng không khí trở nên hỗn loạn. Những ảnh hưởng của nhiễu loạn là:

• diện tích hiệu quả của quạt giảm - hãy hỏi bất kỳ phi công máy bay cánh quạt nào về ảnh hưởng của lực đẩy khi tăng tốc độ cánh quạt vượt ra ngoài vạch đỏ RPM
• tiếng ồn tăng = mất năng lượng
• hình thành xoáy, lắng đọng các mảnh vụn trong không khí ở các khu vực vận tốc thấp hơn
• hiệu quả của quạt giảm và nhiệt độ của nó có thể tăng
• xâm thực xảy ra làm tăng các khu vực có luồng không khí, và do đó
  nhiệt độ tăng mạnh.

Vì vậy, nhiễu loạn chắc chắn KHÔNG phải là bạn của bạn .

Bạn có thể cố gắng giảm tốc độ quạt để giảm nhiễu loạn; nếu quạt được thiết kế tốt, các góc của cánh quạt sẽ là những đường cong liên tục để tính đến sự gia tăng vận tốc không khí khi không khí đi qua cánh quạt. Vì vậy, làm chậm quạt có nghĩa là độ cong của cánh quạt không còn đúng với dòng chảy tầng. Hiệu ứng này được khắc phục trên máy bay và động cơ đẩy tàu lớn bằng cách thay đổi 'độ cao' của lưỡi dao, bao gồm cả độ đảo chiều. Điều này thường là không thể với kích thước của quạt làm mát được sử dụng trong các thiết bị điện.

Khâm phục người hâm mộ

Nếu có một đường dẫn không khí không bị cản trở, liên tục từ phía dưới (áp suất cao hoặc cửa ra) đến phía lên (áp suất thấp hoặc cửa hút), không khí áp suất cao hơn chỉ đi qua con đường ngắn nhất trở lại cửa vào và dòng chảy xuôi bị giảm. Bạn thấy điều này mọi lúc - động cơ máy bay, động cơ đẩy hàng hải (xem thiết kế động cơ mới nhất của tàu chiến Tây Ban Nha cung cấp cho Úc), quạt làm mát nhà giá rẻ. Để khắc phục sự mất mát này và do đó làm tăng hiệu quả của quạt, các thiết kế tốt hơn có các tấm che phù hợp xung quanh các đầu của cánh quạt. Tiến sĩ của Frank Whittle bao gồm sử dụng quạt che trong động cơ phản lực của mình - hiệu quả hơn nhiều so với động cơ mở và tốt cho việc tăng nhiệt độ nhanh để tăng tốc độ khí thải.

Sử dụng tay để phát hiện làm mát

Sự làm mát mà bạn cảm thấy khi xuôi dòng của quạt chủ yếu là hiệu ứng bốc hơi của chất lỏng trong nước trên da của bạn - việc mất 540 cal / gram thông qua việc bốc hơi chắc chắn sẽ 'cảm thấy mát mẻ'. Nhưng ảnh hưởng đối với các thành phần điện tử / điện không có nước trên da của chúng là zilch. Vì vậy, sử dụng bàn tay của bạn để phát hiện nhiệt độ giảm là mô hình sai.

TÓM TẮT:

Mút tốt hơn là thổi để giảm nhiệt độ. Dòng chảy tầng là phương tiện hiệu quả nhất để đối lưu và dẫn nhiệt đi. Che chắn cánh quạt làm tăng hiệu lực và hiệu quả của quạt.

Tôi nghĩ rằng nó phụ thuộc vào thiết kế. Các yếu tố chính là:

• để nguồn không khí lạnh hơn và thoát khí nóng hơn vào hướng dự định. Nếu bạn hút ra khỏi tản nhiệt, luồng không khí của tản nhiệt có thể được đặt gần các bộ phận làm nóng khác, và do đó, không khí có thể không có nhiệt độ thấp cần thiết, hoặc, nhiệt độ dòng vào có thể thay đổi khi vận hành, hiệu quả thay đổi tiêu cực của hệ thống làm mát;
• bụi bay vào các lỗ nhỏ của tản nhiệt. Nếu bạn thổi vào, như nhiều nhà bình luận đã nói, bạn có một điểm duy nhất của lối vào không khí và nó có thể được che bằng bộ lọc, hoặc không khí đơn giản có thể được lấy từ vị trí sạch hơn theo thiết kế. Nếu bạn hút ra, nguồn không khí rất có thể nằm rất gần bề mặt PCB và các thành phần khác, hút tích lũy từ chúng.
• Có một cách khác để thiết kế hệ thống làm mát. Nếu bạn mở máy tính xách tay hiện đại hoặc PC cao cấp, bạn có thể thấy nó có nước hoặc chất lỏng làm mát khác, và quạt có thể không cần được đặt gần chip; nó có thể được đặt trong bất kỳ nhà thiết kế vị trí nào nghĩ rằng thuận tiện phục vụ và sạch sẽ nhất.

Vì vậy, tôi bỏ phiếu cho dòng, nhưng một lần nữa, tất cả phụ thuộc vào thiết kế thiết bị.

Tôi làm việc cho một công ty công nghệ Mạng quang (Viễn thông) và luôn làm việc với hệ thống làm mát và EMC. Nhận xét tuyệt vời cho một quyết định thiết kế cơ bản cho câu hỏi về thiết bị dựa trên thẻ / kệ - để đặt quạt ở đầu hút khí hoặc phía ống xả.

Tôi đã được thông báo bởi một số nhà cung cấp mô-đun điện tử mà chúng tôi đã sử dụng, rằng kéo hiệu suất làm mát không khí LOSES 10-15%. Hai quan sát khác mà tôi có là
1) (lớn) Quạt tại INTAKE không may TRƯỚC không khí bằng lực ma sát và tản nhiệt động cơ quạt
2) trong việc cố gắng thêm ống dẫn / làm lệch hướng trong thẻ mạch của chúng tôi để tập trung luồng khí FAILS một cách thảm hại nếu bạn đang BẮT ĐẦU không khí thông qua PCBA.

Nó chỉ đơn giản là chặn chuyển động của không khí, giống như các tính năng quá tốt - không khí chỉ để đi xung quanh tản nhiệt! Tôi tin rằng sự khác biệt cơ bản là không khí PULLING gây ra chuyển động chỉ bằng chênh lệch áp suất (ít nhiễu loạn) bit Không khí PUSHING sử dụng nhiễu động chủ động và chênh lệch áp suất.

Khi câu hỏi được rút ngắn xuống một bộ tản nhiệt [chung] và [loại lưỡi trục chung], nó xứng đáng có câu trả lời ngắn hơn. Và câu trả lời là, như thường lệ và không may, "nó phụ thuộc".

(1) Khi quạt được gắn trên đỉnh tản nhiệt theo hướng "hút", không khí đi vào vây (hoặc ghim) trong vật chất (ít nhất là tương đối với quy mô xoáy lớn hơn khoảng cách vây / ghim). Như vậy, lớp ranh giới xung quanh các bề mặt truyền nhiệt dày, và truyền nhiệt khá kém. Hơn nữa, trong việc xây dựng bồn rửa một phía với một chiếc quạt thông thường, sẽ có một "vùng chết" ở trung tâm với luồng không khí kém, chính xác là nơi nhiệt được tạo ra bên dưới bồn rửa.

(2) Khi quạt thổi vào cánh quạt tản nhiệt, luồng không khí đầu ra bị xáo trộn và lớp ranh giới nhiệt xung quanh bề mặt kim loại mỏng, do đó luồng không khí xâm nhập sâu hơn vào cấu trúc vây và gần bề mặt kim loại, giúp truyền nhiệt tốt. Và tốc độ không khí [hỗn loạn] cao nhất là xung quanh trung tâm của bồn rửa, nơi "ứng suất" nhiệt cao nhất.

Vì vậy, có vẻ như trường hợp (2) có lợi thế rõ ràng hơn trường hợp (1). Thật không may, có một yếu tố nữa, đó là hiệu suất của quạt trong các điều kiện xung quanh khác nhau. Không giống như các máy thổi tạo ra áp suất cao hơn so với không gian xung quanh (và được sử dụng trong các thiết kế ống dẫn nhiệt bên trong máy tính xách tay), quạt hướng trục cung cấp hiệu suất luồng khí tốt hơn khi hút không khí ra khỏi không gian chật hẹp hơn, vì vậy trường hợp (1) có một số ưu tiên ở đây .

Mặt khác, khi một quạt hướng trục phải đối mặt với trở kháng khí động học cao như khi thổi vào, nó có thể tự "chập điện" và chỉ cung cấp rất ít hoặc không có luồng không khí. Vì vậy, việc sử dụng quạt hướng trục có một số lợi thế trong trường hợp nhiệt yếu (1), trong khi hiệu suất của cùng một quạt bị giảm bằng cách chạy nó vào khu vực có áp suất (nhưng hiệu quả nhiệt hơn).

Vì vậy, vỏ (1) có khả năng truyền nhiệt kém nhưng hiệu suất quạt tốt hơn và vỏ (2) có khả năng truyền nhiệt tốt hơn nhưng hiệu suất quạt kém hơn. Kết quả cuối cùng là "nó phụ thuộc", bao gồm một số yếu tố như độ dày vây và khoảng cách. Và nó phụ thuộc vào quạt xây dựng. Có ba loại quạt hướng trục, trục trục, cánh quạt và cánh quạt, có thể có cánh quạt được tối ưu hóa cho hiệu suất theo một hoặc một hướng khác. Quạt hướng trục cũng có hiệu suất điều áp tốt và được sử dụng trong các máy chủ phiến. Vì vậy, kết quả có thể thay đổi.

Rõ ràng, kết quả tốt nhất có thể đạt được với thiết kế quạt kép, giống như cái này, trong đó một quạt thổi vào, và một cái khác hút không khí ra ngoài.

Nếu quạt và tản nhiệt được đặt bên trong ống dẫn khí, bạn sẽ có cùng luồng khí ở cả hai phía quạt, vì vậy vị trí tản nhiệt không quan trọng lắm. Đối với thiết lập "quạt trên đỉnh tản nhiệt", phía thổi chắc chắn giúp làm mát tốt hơn.

Hút hay thổi không phải là câu trả lời đơn giản - nó sôi sùng sục (không có ý định chơi chữ) nhiệt độ của không khí chảy qua tản nhiệt, tốc độ dòng chảy và sự ô nhiễm có thể tích tụ. Vì vậy, câu trả lời đơn giản là không khí mát nhất, luồng khí tốt nhất và ít gây ô nhiễm nhất - chỉ thực sự có thể trả lời được bằng cách điều tra và thử nghiệm.

Trong hầu hết các trường hợp quạt ở chế độ hút tốt hơn nhiều so với chế độ thổi.

Nếu quạt được đặt ở chế độ thổi, lực gió sẽ bị chặn và lan truyền bởi tản nhiệt, do đó nhiệt sẽ tiêu tan xung quanh tản nhiệt và kết quả là cùng một luồng không khí sẽ bị quạt hút lại và nhiệt sẽ được tái chế.

Ở chế độ hút, nhiệt sẽ được thổi đi trong một dòng tập trung hơn do đó nhiệt sẽ được tái chế ít hơn nhiều.

Một ngoại lệ là quạt đủ mạnh để thổi hơi nóng đủ xa khỏi tản nhiệt để luồng không khí không được tái chế. Sau đó, thổi thực sự có thể tốt hơn vì nó tập trung hơn do đó luồng khí nhanh hơn (cùng một luồng khí nhưng nhanh hơn) và do đó, gió sẽ trở nên mát hơn =)