换热器风扇选择 - 第2部分

如何计算哪个风扇适合你的申请

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。

在空气到液或液体 - 空气冷却应用中，气流是要考虑的最重要的参数之一。因此，选择右风扇与选择右换热器一样重要。在热交换器风扇选择部分1中，我们计算了气流和系统阻抗要求，并讨论了诸如AC或DC电源，恒定或可变流量的选择因素，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热交换器风扇选择因素，如空气密度效应，噪声，寿命和EMI / EMC干扰。

空气密度的影响

如本文第1部分所述，它是确定冷却能力，而不是其体积的空气质量。这是因为每个空气分子具有质量，并且该质量具有吸收或转移热量的能力。在给定的体积中具有的空气分子越多，质量越多的热量将吸收或转移。然而，给定体积中的空气质量随高度和温度而变化。当我们谈论气流时，密度的定义更好地表达为与等式的时间函数：

在哪里：



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，让我们回顾一个例子。如果我们考虑风扇供应的300 CFM的容积流量，则海平面在海拔70°F处的空气质量流速是多少，在海拔250°F处，在250°F处为10,000英尺海平面上方？

表1：各种温度和高度的空气密度和质量流量比较

状况	密度（LBS / FT3.）	质量流量(磅/小时)
海平面,70°F	0.075	1350.
海平面,250°F	0.056	1008.
10,000英尺，250°F	0.038	684

从表1中，我们可以看到，通过上面的等式（1），海拔70°F的干燥空气在海拔34％超过250°F的干燥空气中，10,000英尺的干燥空气超过250°F超过250°F高度。结果，该系统在海平面需要402 CFM（1.34×300cfm）250°F的干燥空气，以便在海平面提供与70°F的干燥空气相同的冷却能力。该系统需要591 CFM（1.97 x 300 CFM）250°F的干燥空气，在海拔10,000英尺处，以便在海平面提供与70°F的干燥空气相同的冷却能力。注意，假设该分析的进入热液体温度和冷却空气温度之间的相同温差。

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通过风扇叶片表面和后缘的空气分离产生的宽带噪声。通过适当的俯仰角和缺口或锯齿状后叶片边缘可以最小化噪音。我们的高性能双宽双入口（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。

确定风扇寿命的两种最广泛使用的方法是更常用的L10寿命法和MTBF(平均故障间隔时间)。这两者的区别在于，L10生命是指10%的粉丝失败所需要的时间。球迷的MTBF可以近似为50%的球迷失败的时间。在75% RH、-40°C至50°C的正常工作条件下，风扇L10的寿命一般在60000 - 70000小时。在相同条件下，MTBF寿命范围通常在20 - 30万小时之间。

对于长寿命预期，高质量的滚珠轴承风扇被认为是最可靠的。当使用L10方法比较套筒轴承和滚珠轴承风扇在25°C-60°C温度范围内的预期寿命时，滚珠轴承风扇的寿命平均比套筒轴承风扇长50%。一般来说，当温度接近环境时，套筒和滚珠轴承风扇的寿命没有太大的差别。传统上，在高环境条件下，滚珠轴承提供了比轴套轴承更长的寿命。流体润滑轴承(FLB)最近的技术改进，如我们的标准轴向风扇和烧结轴套轴承使用的那些，导致可靠性数字至少与球轴承一样好，成本显著降低。

EMI和EMC干扰

风扇选择中的另一个变量是EMI（电磁干扰）和EMC（电磁兼容性）。根据定义，EMI是任何可能会干扰设备正常操作的电屏。有两个广泛的EMI干扰区域：进行干扰和辐射干扰。

进行的干扰是指通过功率和信号线传导的任何不期望的信号。辐射的干涉是指从源辐射的任何不期望的信号，并且可能影响设备的正常操作。进行的EMI通常更像是辐射EMI的问题。事实上，在处理无刷直流粉丝时，进行了EMI通常是唯一关注的问题。

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)是指设备运行时不产生可能影响其他电子设备运行的有害电磁干扰的能力，以及不受其他地方产生的有害干扰的能力。

综上所述，风机的选择是液-气和气-液冷却应用中非常重要的一部分。它需要的不仅仅是气流和静压计算大小合适的风扇的应用程序。正如本文第1部分和第2部分所讨论的，在设计风扇以提供可靠的系统时，设计师必须考虑一些其他非常重要的因素。这些影响包括空气密度影响、噪声、预期寿命和EMI/EMC干扰。