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    以往我们对风扇的认识,大都停留在风量、风压、转速、噪音等参数上,但经过最近这段时间的钻研后发现,其实我们以往的认知还是略微有些肤浅,单纯依靠厂商给出的最大风量和最大风压其实是没办法判断风扇的散热能力,必须要结合P-Q特征曲线,在加上风扇法则中的公式来推算风扇在不同转速下的各种参数,这样才能判断一把风扇在实际使用中大概会是怎样的表现。

    不过即便我们了解风扇在实际使用中的表现,这也不代表风扇就一定适合我们的应用场景。我们经常会面临一些很现实的问题,例如200W功耗的CPU到底需要怎样的风扇才能满足散热需求?显然这个时候光看风扇的工作参数是没有实际意义的。

    散热所需要的风量是可以计算出来的

    首先我们需要明确一点,风扇的那么多参数中,能决定散热能力的只有风量,因此只有当风扇实际提供的风量大于散热需求的时候,我们才可以说风扇满足使用需求。那么我们怎样确定系统需要多高风量的风扇呢?这里其实也是有公式可以计算的,不过在这里我们先来讲解一些与公式有关的参数和条件。

    - 1cal等于重量为1g、温度为0℃的水提升1℃时所需的热量;
    - 1cal约等于4.2J;
    - 1W的功率工作1秒钟的能量1J;
    - 空气的定压比热为0.24(cal/g℃)
    - 温度为25℃、1个标准大气压下的空气,其密度相当于每立方米1.185Kg;
    - CMM与CFM都是我们常说的风量Q,前者是立方米/分钟,后者是立方英尺/分钟;
    - 1CMM相当于35.3CFM

    在确认上述条件确定后,我们来看这样的公式:

    热量(H)=比热(Cp) * 重量(W) * 温升(△Tc)

    把上述公式套入到我们的实际使用场景中,热量实际上指的是空气可以带走的热量,比热和重量自然是空气的比热和重量,允许温升则是空气进入到热源前和离开热源时的温度差,也就是进风口与出风口温度差。如果说进风的风量足够大,那就意味这空气可以带走的热量越多,而空气带走的热量与热源的发热速度相匹配时,就相当于可以满足散热需求了。

    接下来我们把这个公式套入到前述的条件中,我们就可以知道25℃的空气理论上可以提供怎样的散热效能。空气的重量是密度与体积的乘积,而空气的体积则是通过CMM或CFM也就是我们常说的风量来计算的,因此空气的重量W=Q/60*1185(Q取CMM),这就是每一秒钟的空气重量。在套入到上述的公式和条件并进一步简化后,我们可以得到下面的简式(具体过程大家可以自己推算一下)。

    Q = 1.8 * P / △Tc

    公式中,P就是我们的热源功率,△Tc就是温差,Q就是计算出来的风量需求。根据这一个公式,我们就可以计算出在一段时间里,为确定功率的热源进行散热时,理论上所需要提供的风量。

    然而在这里有一个很容易出现的错误,有些同学会把△Tc直接套用CPU温度与室温的温度差距,为此你会计算出一个极低的风量需求,但事实上这里的△Tc并不是两者的是温差,而是散热系统进风口与出风口的温差,也可以说是热源的允许升温范围。

    以常见的240mm冷排水冷散热器为例,当其用在一个200W功率的热源上的时候,如果我们要求冷排进风口与出风口之间的温差不超过10℃,那么此时的△Tc应该取值10℃计算,得出结果大约为36CFM。

    实际与计算相差巨大?因为计算出来的只是有效风量

    然而现在的12cm风扇能提供的最大风量,基本上都远超我们计算出来的数字,60CFM风量以上的产品比比皆是,那为什么还要用2把风扇甚至3把风扇的组合呢?实际上计算出来的数字是一个理论值,属于有效风量。而实际上风扇在工作的时候,所提供的的有效风量是要低于其最大风量的,例如在新风系统中就有一个关键参数叫得风率,就是有效风量与最大风量之间的比值,比值越大新风系统的效能就越高,对于散热系统来说也是一样的。

    这里我们就要说到风压的作用了,我们都知道风扇的最大风压和最大风量其实并不能同时出现,当风扇应用到不同的场合时,它会表现出来不同的风压和不同风量,而这里的风压和风量才是有效的数值。

    其实在业内有这样一种说法,那就是“风量是结果,风压是手段”,这个大家可以结合P-Q特征曲线来进行理解。以上图为例,雅浚M12风扇在应用到冷排上面的时候,其实际风压是在1.6mm H2O的水平,实际风量则在35CFM左右,无论是实际风压还是实际风量都会低于其标注的最大值,但这才是此款风扇在实际应用中的表现。

    同理猫头鹰的NF-F12风扇最大风量只有65CFM左右,最大风压则达到接近4mm H2O的水平,其应用在冷排上面的时候,所能提供的实际风压与实际风量与雅浚M12其实非常接近,因此两把风扇此时提供的散热效能都非常接近,而实测结果也是如此。

    因此即便我们计算出来整个散热系统所需要的风量,那也不是说我们只要看着风量来选择风扇就够了,我们还要考虑风扇的风压是否足以抵抗系统的整体阻抗,让风扇可以提供充足的有效风量,只有当有效风量可以满足使用需求的时候,这款风扇才算是可以满足使用需求。

    那么200W的CPU散热到底需要多大风量的风扇?

    其实这个问题的答案并不是那么容易回答,关键是在于你的散热系统能够为CPU带来多少℃的温差,也就是△Tc的取值是多少。以我们的实际使用经验来说,△Tc的取值范围一般来是8℃到10℃左右,在这里我们不妨直接取8℃,P的取值就看CPU的功耗,200W就按照200W计算,因此按照上述公式计算,200W的CPU进行散热,△Tc在8℃左右,那么其需要的风扇能够提供的有效风量要不低于45CFM。

    注意这里说的是所有风扇的总计有效风量,也就是说如果散热系统中包含多把风扇,那每把风扇提供的有效风量是相当于总有效风量除以风扇数量,例如360mm冷排一般配置3把风扇,如果总的有效风量不低于45CFM,那就相当于每把风扇的有效风量只需要提供15CFM就可以了。

    而有效风量与最大风量之间没有固定的换算公式,最佳做法是结合P-Q特征曲线选择,快速方法则是往大了选,一般来说1.5倍会比较符合实际,按照这个来计算的话,最大风量不小于68CFM的风扇会是比较合适的。

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    已有 9 条评论,共 96 人参与。
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    • 这些评论亮了
    • 拾人牙慧一代宗师 01-06 23:36    |  加入黑名单

      先码再看。这样下去,超能网早晚得把风扇研究明白喽。
      期待风扇天梯榜

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      2#

    • 双面人博士 01-10 16:49    |  加入黑名单

      期待超能网的 风扇天梯榜

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      9#

    • 过度浓缩研究生 01-09 13:35    |  加入黑名单

      10把猫头鹰横扫一切牛鬼蛇神

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      8#

    • 梦の黑白博士 01-08 00:24    |  加入黑名单

      风扇这东西太玄学、太难以选择了,如果能有个及时更新的风扇天梯榜,那就太好了

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      7#

    • 我心狂野高中生 01-07 16:35    |  加入黑名单

      看风扇还得来超能网,期待天梯榜

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      6#

    • 11111111111111小学生 01-07 14:58    |  加入黑名单

      买回来试一下压不压得住就行了!

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      5#

    • Jokeoo大学生 01-07 09:45    |  加入黑名单

      intel用户进

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      4#

    • QQ23870862终极杀人王 01-07 00:33    |  加入黑名单

      还要看散热器金属的重量

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      3#

    • 梦の黑白博士 01-06 21:56    |  加入黑名单

      那200W的显卡呢

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      1#

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