浅谈散热风扇从风力特性说起

　　本内容来源于@什么值得买APP，观点仅代表作者本人 ｜作者：WittmanARC
　　在提起散热风扇的风力时，一些行家老手们往往会提到＂风量＂与＂风压＂等等词汇，令人云里雾里。
　　相信大家都有着这些疑问：＂风压＂与＂风量＂究竟意味着什么？ 衡量风扇在散热器上的表现，应该是看风量还是风压 ？以及，小小的机箱散热风扇，为何会卖出数十乃至上百元的价格， 成本究竟去哪里了 ？
　　本篇文章就将针对这些问题，围绕散热风扇的基本属性——气流与散热展开讨论，希望能解开你的疑惑。
　　本篇文章不涉及RGB相关的内容。 风扇的意义？
　　对于一把散热风扇而言，最重要的用途是将其转动的机械能转化为空气的动能。 这里就需要引入＂热对流＂的概念。
　　散热是需要空气的对流来完成的，根据估算热对流时使用的公式：
　　热流量=（ 对流传热系数 ）×物体表面积x物体表面同流体的温度差
　　不难得知，在其他条件相同的情况下，＂对流传热系数＂将直接决定热流量的大小。 相 比自然对流，强制对流往往能将＂对流传热系数＂增大5倍以上。
　　而散热风扇就是 通过带动空气，形成强制对流。以增大对流传热系数的方式，快速带走散热器上的热量。风量与风压？
　　在选购风扇时，我们往往会看到＂风压扇＂与＂风量扇＂的字眼。 风压和风量究竟意味着什么？ 这里就要介绍风扇的P/Q曲线了。
　　风扇的静压与风量是一对矛盾的值，而P/Q曲线揭示了它们的关系。在P/Q曲线上，横轴是风扇在单位时间内输出的气流量，即风量。而纵轴则是风扇出风侧的气流压力，即风压。
　　每一把风扇在不同的静压下都将输出不同的风量，因此有着不同的P/Q曲线。
　　曲线与横轴（风量轴）的交点，是风扇不受任何阻力时所输出的风量。
　　而曲线与纵轴（静压轴）交点，则指＂使风扇输出风量=0＂时，所需的静压。
　　不同的用途也有着不同的负载曲线。机箱风扇的阻力较低，因而静压需求较小，而散热和水冷排的阻力较大，风压需求较大。 通过求取负载曲线与P/Q曲线的交点，我们便能知道这把风扇在对应用途下的性能表现 。
　　以猫头鹰官方的P/Q曲线为例，我们可以看到：
　　代表S12A的蓝色曲线与风量轴交点的值最大，与风压轴的交点值很小。这表明 S12A风扇在阻力较低时有着很大的气流量，但是一旦面临高阻力环境，它的输出风量就会暴跌。
　　而F12风扇则反之，它的绿色曲线拥有着很大的静压轴交点，但与风量轴的交点最小。 这表明F12是一把风压风扇，高阻力环境才能凸显它的优势。
　　当然，P/Q曲线与坐标轴的交点固然重要。 但P/Q与负载曲线交点所对应的风量，才真正决定了风扇的实际表现。
　　在这方面，A12X25所代表的棕色曲线则表现最亮眼。虽然它与坐标轴的交点都不是最大， 但同水冷排、散热器和机箱的负载曲线交点值都最突出。 因而在这些使用环境里，风压、风量参数均不是最大的A12X25，反而拥有最好的表现。
　　如今，越来越多的风扇厂商选择公开P/Q曲线，通过比较同一厂商不同风扇的P/Q曲线，我们能够更好地确定一款风扇的具体性能取向。
　　此外，P/Q曲线的形状，还能揭示一款风扇扇叶的工作情况。如图，便是山洋官方公布的9S型风扇和9RA型号风扇的P/Q曲线。
　　山洋9S型风扇的P/Q曲线
　　山洋9RA型风扇的P/Q曲线
　　可见，9S型风扇的P/Q曲线比9RA更加平滑，而9RA风扇的P/Q曲线则出现了凹陷。
　　曲线明显凹陷的地方有时源自扇叶失速，通常会增大噪音、削弱效能 。P/Q曲线表明9S风扇的扇叶失速情况更少，＂静音之王＂的称号名不虚传。
　　猫头鹰官方对扇叶失速的解释 风扇的种类？
　　在我看来，根据风力特性的不同，可以大致地将散热风扇分为风压型、风量型和均衡型三种。
　　风量型风扇拥有同转速下较大的风量 ，由于不需要太大的静压， 它们的转速通常较低，以换取更好的噪音表现 。
　　正如猫头鹰的P/Q曲线所描述的那样，风量型风扇的同转出风效率很高，但在阻力较大的情况下，它们的性能会暴跌。因此，风量型风扇 适合装在机箱后出风口的位置上，有时也能应付较薄的风冷散热器塔体。
　　有时，风量型风扇的扇叶高度斜切，投影较小，如猫头鹰S12系列
　　猫头鹰S12B Redux
　　抑或扇叶宽大、边缘圆润，形似鱼雷。如台湾利民的TY-141系列。
　　台湾利民TY-141SV
　　风压型风扇具备较大的静压， 就像P/Q曲线图里的猫头鹰F12那样。它们通常有比较高的转速，能克服很大的阻力。
　　细长而锋利边缘，是性能毫不妥协的证明。风压型风扇 是专为水冷冷排、较厚的风冷散热器塔体等准备的利器。
　　为了进一步提高风压，这些风扇有时还会配备定子导向叶片。这类型风扇的代表有台达AK-12B、猫头鹰F12。
　　台达AK-12B背面的定子导流叶片
　　定子导向叶片会影响风扇的风量，但能进一步聚焦、引导气流，带来更大的静压 。定子导向叶片的布置需要深厚的功力。设计稍有不慎，风扇的噪音便会不成比例地增加。
　　猫头鹰F12背面的定子导流叶片
　　偶尔有一些不太成功的＂均衡扇＂产品，也会客串到＂风量扇＂与＂风压扇＂的领域中来。如利民C12C，便是到披着＂均衡扇＂外衣的风量扇，但在商品简介里，它甚至又能摇身一变＂入门风压扇＂。
　　大陆利民TL-C12C
　　顾名思义，均衡型风扇则在风压和风量间取得平衡，它们通常拥有不算低的转速，但也有着良好的风噪表现，是风扇中的＂万金油＂。但也因此，设计一把好的均衡风扇并不容易，成本高昂。
　　优秀的均衡型风扇将如P/Q曲线图中的A12X25那般，实际表现非常出色且均衡，水冷、风冷散热器和机箱风扇样样精通。 但若设计稍有失误，＂均衡＂便会变为＂鸡肋＂。
　　有时，均衡型风扇会在一定程度上牺牲同转速性能，换取更加良好的同等噪音表现。在我看来，这类型风扇的代表作有猫头鹰A12X25、＂温柔台风＂GT3600——无一不是公认的经典。
　　伺服＂温柔台风＂GT3600
　　猫头鹰A12X25 Chromax
　　风扇为何昂贵？
　　看了这么多风扇，相信大家难免会有一个问题： 为什么直径区区12cm的散热风扇，会比一些台扇还更加昂贵？ 按照常理，体积硕大的台扇本应比散热风扇成本更高。究竟为何导致了这般价格？
　　主要的问题恰恰出现在＂散热＂这一用途上， 气流的高温对风扇的寿命构成了挑战。
　　即便是工业产品，温度也是其寿命的头号公敌。以山洋9S型工业风扇为例。在40℃时，它的使用寿命为6.6万小时。但只需上升至60℃，其使用寿命就将直接下降40%！
　　山洋官方的风扇参数
　　在当今功耗与日俱增的背景下，机箱内的＂火炉＂们越来越高温。不同于工作在室温的台扇， 处于吸风位置的散热风扇，有时会吸入超过50℃的高温气流。 它的温控和寿命压力，因而远远超出家用台扇。
　　在长时间运转后，同价位台扇的电机温度都不可谓不高。 但作为台式机内的散热风扇，自身的发热必须受控 ，甚至需要承受吸入气流的高温炙烤，方才能忠实履行散热的职责。
　　此外，＂体积＂恰恰也是影响因素之一。
　　我们常常可以见到为汽车进行＂四轮定位＂，其中便有动平衡的步骤。和车轮相似，动平衡水平将直接影响风扇的噪音和轴承寿命，而 越小尺寸的风扇，对动平衡精度的要求也越高。
　　受限于12cm的小尺寸，动平衡有着很大的难度 。 雪上加霜的是，散热风扇还有着较高的转速 。材料均匀度的细微差异、驱动电机的轻微震动，在一两千甚至三千以上的高转速下就会被不断放大，最终产生显著共振。
　　反观体积更大的台扇，通常它们的最大转速仅在一千转上下，更大的尺寸也让动平衡的精度要求低很多。
　　此外， 需要指出的是，数十元的台扇和同价位的散热风扇，其在所处分类的相对定位是不同的 。与几十元的台扇定位相同的散热产品，应该是如大陆利民C12C这般，价格同样低廉的散热风扇：60元三把，性价比拉满。至于可靠性？别太纠结了。
　　而一把可靠风扇的真正成本，我们可以从工业产品的定价上窥见一斑。 事实上，市面上十余元的工业风扇主要来自于拆机、翻新，甚至是兼而有之的冒牌产品。 一把真正的正品台达，其价格亦可高达四五十元，乃至超过百元。
　　台达代理处的零售价格
　　当然，并不是每一名消费者都能承受如猫头鹰般夸张的风扇溢价。但一向以物美价廉而著称的台达尚且如此，一把 可靠散热风扇的成本 其实远不像人们所设想的那样低廉 。 后记
　　一把优秀的散热风扇，是P/Q曲线上的取舍与平衡，也是质量与设计的共同结晶。
　　究竟如何合理地搭配散热风扇，以在性价比与性能间取得平衡？具体哪些位置需要配置风量型风扇，而哪些风扇位更适合风压型风扇？在下一篇文章里，我们将对此进行更深入的探讨。
　　这篇文章到这里就结束了，如果对本文内容与风扇选购有疑惑，随时欢迎与我交流！
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