Air flow вентилятор что это
Обновлено: 10.05.2024
Что делает холодильник? Спросите об этом кого угодно, и получите простой ответ: ясное дело, охлаждает! Какие же системы охлаждения существуют в современных холодильниках? Надо сказать, что над этим вопросом покупатель задумывается не слишком часто, полагая, что существуют более важные — например, стоимость устройства, его габариты и ёмкость, способ размораживания.
Но система охлаждения — фактор не менее важный. Если выбрать её правильно, не нужно будет помнить, что к задней стенке лучше ничего не класть — примёрзнет, что на одной полке продукты остынут быстрее, чем на другой, и о прочих неприятных мелочах.
В обычных холодильниках контур охлаждения располагается за задней стенкой камеры. Пока работает компрессор, на этой холодной стенке оседает конденсат. Когда же воздух в камере достигает заданной температуры и компрессор выключается — конденсат оттаивает, стекает вниз и через дренажное отверстие попадает наружу, где и испаряется. Холодный воздух, как ему и полагается, при такой системе охлаждения опускается вниз: температура на верхних полках оказывается несколько выше, чем на нижних. Такой холодильник рискованно набивать продуктами — например, после поездки по магазинам: он слишком медленно их охлаждает. Такую систему принято называть статической.
Так почему бы не разгонять воздух принудительно, чтобы во всей камере была одинаковая температура? Именно этим вопросом задались разработчики, создавая динамическую систему охлаждения. В камере устанавливали вентилятор, а испаритель оставляли открытым. Воздух, который поступал к испарителю, охлаждался, на испарителе оседал конденсат, а вентилятор гнал холодный воздух дальше. Так появилась хорошо всем знакомая система No Frost.
Воздух в этой системе движется единым потоком. Так что следующим усовершенствованием стало разделение такого потока на несколько движущихся в разных направлениях. Эта технология получила название многопоточной системы охлаждения (по-английски Multi-flow System).
Холодный воздух принудительно разделяется на несколько струй, которые обдувают пространство камеры и лежащие на полках продукты со всех сторон. В таком холодильнике вы можете положить что угодно на любую полку — всему будет обеспечено равномерное охлаждение. Зелень не успеет завянуть, а масло — растаять: даже в полном холодильнике температура понизится быстро и во всей камере одновременно. Недаром в холодильниках с технологией Multi-flow — таких, как Vestfrost VF 473 EB — имеются функции супер-быстрого охлаждения и замораживания. И размораживать его не придется: капли стекут по задней стенке и испарятся в лотке, куда попадут через дренажное отверстие.
Со временем появились самые разные модификации многопоточной системы охлаждения, получившие свои собственные названия. Так, компания Горенье оснащает свои холодильники системой MultiFlow 360°: холодный воздух в ней нагнетается через 14 отверстий.
Поскольку воздух движется под действием вентиляции, то есть принудительно, регулировать температуру очень легко: сенсорные кнопки позволяют устанавливать ее с точностью до градуса. А если не застаивается воздух, то и неприятных запахов в холодильнике не будет.
В холодильниках Бош — например, Bosch KGN39VL17R или Bosch KGN36NL14R , — встречается сразу несколько технологий: охлаждение Multi-Airflow и размораживание No Frost в холодильной и морозильной камере. А модель Bosch KGN36NW2AR оснащена системой Multi-Airflow, автоматическим размораживанием холодильной камеры и No Frost — морозильной.
Надо сказать, что эта система применяется не только в немецкой бытовой технике. Японский концерн Мицубиши тоже взял её на вооружение, выпустив такие холодильники, как Mitsubishi Electric MR-FR62K-ST-R . Потоки воздуха в них, двигаясь по разнонаправленным траекториям, быстро понижают температуру в отсеках и поддерживают её на заданном уровне. Для контроля равномерного охлаждения используются специальные датчики. Функция ионизации Minus ION и антибактериальное покрытие в сочетании с многопоточным движением воздуха предохраняют продукты от болезнетворных бактерий.
Знаете ли вы, что для сборщиков ПК есть два типа вентиляторов? Вентиляторы с высоким воздушным потоком просто нагнетают столько воздуха, сколько возможно, в то время как вентиляторы статического давления специально предназначены для работы с установками с повышенным сопротивлением и сопротивлением. Радиаторы и сетки для корпусов становятся все более распространенными в сборках ПК, к которым вентиляторы статического давления поступают в продажу. Между ними есть несколько различий, поэтому вот что вам нужно знать, глядя на вентиляторы для вашего ПК.
Статическое давление против большого воздушного потока
Давайте начнем с вентиляторов с воздушным потоком, которые являются вашими традиционными вентиляторами с большими лопастями, которые выпускают воздух вокруг вашего ПК. Когда нет большого сопротивления, все работает просто отлично, и это отличные варианты для вытяжных вентиляционных отверстий или корпусов, которые не поставляются с пылевыми фильтрами и сетками. Однако, как только вы добавите импеданс в формулу, поток воздуха начнет ограничиваться из-за величины сопротивления, с которой должен бороться вентилятор. Если вы положите руку за вентилятор, но слегка приоткрыте пальцы, вы начнете препятствовать потоку воздуха.
Это не так много, но когда вы хотите получить максимальную отдачу от своего ПК, разумно выбрать лучший вентилятор для работы.
Но насколько велика разница в температуре системы, и следует ли вам менять вентиляторы, если вы используете модели воздушного потока на радиаторах?
Тип вентилятора действительно имеет значение?
Хорошо использовать специальные вентиляторы для перемещения воздуха через открытые пространства или узкие пространства, но действительно ли это имеет значение? Я решил провести небольшой ненаучный эксперимент, чтобы увидеть, есть ли разница между использованием вентиляторов с воздушным потоком или статическим давлением на радиаторе. Используя два разных типа вентиляторов Corsair из одного семейства (SP120 и AF120), а также радиатор XSPC толщиной 40 мм, я запустил нагрузочный тест процессора, так как радиатор подключен к контуру водяного охлаждения процессора. В результате вентиляторы статического давления (оба на 50 процентов) поддерживают охлаждение процессора еще на 3 градуса Цельсия — ничего особенного.
Я бы сказал, что если вы хотите собрать новую систему и ищете новые вентиляторы, я бы выбрал поток воздуха для открытых креплений и статическое давление для радиаторов, сеток и других областей с высоким сопротивлением. Если у вас уже есть вентиляторы с воздушным потоком или статическим давлением, и вы хотите использовать их и сэкономить несколько копеек, просто используйте те, которые у вас уже есть. Бросьте вентиляторы статического давления на выпускной кронштейн корпуса или вентиляторы воздушного потока на радиатор — вы не заметите большой разницы в температуре.
В статье рассматриваются особенности выбора оптимального кулера, включая расчет параметров воздушного потока и давления воздуха, предлагается алгоритм выбора кулера в соответствии с требованиями, предъявляемыми к воздушному потоку, выполняется анализ эффективности параллельной или последовательной работы кулеров, а также рассказывается о влиянии скорости вращения на производительность вентилятора
В течение многих лет кулеры оставались идеальным инструментом для поддержания требуемого температурного режима, обеспечивая эффективное охлаждение компонентов, выделяющих тепловую мощность от нескольких ватт до нескольких сотен ватт. Оптимальный кулер должен создавать воздушный поток, способный обеспечить требуемый уровень охлаждения системы. В настоящей статье рассматриваются особенности выбора оптимального кулера, включая расчет параметров воздушного потока и давления воздуха, предлагается алгоритм выбора кулера в соответствии с требованиями, предъявляемыми к воздушному потоку, выполняется анализ эффективности параллельной или последовательной работы кулеров, а также рассказывается о влиянии скорости вращения на производительность вентилятора.
Важнейшие параметры воздушного потока
Прежде чем приступать к выбору вентилятора, необходимо определиться с параметрами требуемого воздушного потока. Движущийся воздух эффективно охлаждает объекты. Он поглощает тепло, генерируемое объектами и затем рассеивает его в окружающем пространстве. Количество передаваемой энергии зависит от массы воздушного потока, удельной теплоты воздуха и изменения температуры воздуха в процессе передачи тепла.
Энергия = масса * удельная теплоемкость * повышение температуры
Массу движущегося воздуха можно рассчитать, зная объем воздушного потока и плотность воздуха.
Масса = Объем * Плотность
Подстановка второго уравнения в первое связывает рассеиваемую энергию с потоком воздуха:
Энергия = (Объем * Плотность) * Удельная теплоемкость * Повышение температуры
Разделив обе части уравнения на время, можно получить следующую формулу:
Мощность = (Объем / Время) * Плотность * Удельная теплоемкость * Повышение температуры
В большинстве случаев тепловая энергия, выделяемая системой, известна (рассчитывается из значения КПД), а поток воздуха (объем/ время) оказывается неизвестен. По этой причине последнее уравнение следует переписать следующим образом.
Поток воздуха = мощность/ (плотность * удельная теплоемкость * повышение температуры)
Используя общепринятые обозначения, запишем эту формулу в более привычном виде:
Q = [q/(ρ * Cp * ΔT)] * k
- Q = воздушный поток
- q = рассеиваемое тепло
- ρ = плотность воздуха
- Cp = удельная теплоемкость воздуха
- ΔT = повышение температуры воздуха при поглощении рассеиваемого тепла
- k = константа, зависящая от единиц измерения, используемых в других параметрах
Плотность сухого воздуха на уровне моря при 20 °C составляет 1,20 кг/м 3 (0,075 фунта/фут 3 ), а удельная теплоемкость сухого воздуха составляет 1 кДж/кг°C (0,24 БТЕ/фунт°F). Используя эти значения для плотности и удельной теплоемкости, можно упростить исходное уравнение следующим образом:
Qf = поток воздуха в кубических футах в минуту (CFM)
Qm = поток воздуха в кубических метрах в минуту (CMM)
q = рассеиваемое тепло (Вт) тепло
ΔTF = повышение температуры воздуха при поглощении рассеиваемого тепла (°F)
ΔTC = повышение температуры воздуха при поглощении рассеиваемого тепла (°C)
Давление воздуха
Приведенные выше уравнения позволяют рассчитать скорость воздушного потока, который необходимо создать для охлаждения объекта. Кроме того, разработчик должен определить давление, при котором поток воздуха будет нагнетаться вентилятором. Дело в том, что при прохождении внутри системы поток воздуха будет неизбежно сталкиваться с сопротивлением. Для того чтобы обеспечить продувку воздуха через систему и гарантировать охлаждение нагретых объектов, вентилятор должен создавать достаточное давление. Расчет давления воздушного потока является уникальной задачей для каждого конкретного приложения и для ее решения не существует универсальных формул. Многие САПР позволяют рассчитать давление воздуха и характеристики воздушного потока при проектировании. Однако после создания прототипов следует проверить результаты на практике с помощью анемометров и манометров.
Рис. 1. Визуальное отображение распределения температуры и воздушного потока (слева). Зависимость давления от воздушного потока (справа)
Обеспечение требуемого воздушного потока и давления
Подводя итог сказанному в предыдущих пунктах, можно еще раз отметить, что для обеспечения требуемого охлаждения вентилятор (или набор из нескольких вентиляторов) должен создавать воздушный поток с определенной скоростью и давлением воздуха. В документации на кулеры производители обычно приводят значение максимальной скорости воздушного потока (при отсутствии сопротивления), значение максимального давления (при нулевом потоке воздуха) и кривую зависимости воздушного потока от давления. Рассмотрим пример системы, которой для нормального охлаждения требуется воздушный поток 10 CFM или более. Допустим, что механическая конструкция системы имеет определенную зависимость давления от потока воздуха, представленную на рис. 2 (оранжевая кривая). На этом рисунке пунктирная линия обозначает минимальный допустимый поток воздуха, необходимый для охлаждения системы (также допустим больший поток воздуха).
Рис. 2. Системные требования. Зависимость статического давления от потока воздуха
С учетом предложенной зависимости давления от потока (рис. 2) для проекта был выбран осевой вентилятор CFM-6025V-131-167 от CUI Devices. В документации на этот вентилятор указано максимальное значение потока воздуха 16 CFM (при отсутствии сопротивления), статическое давление 0,1 inH2O (без потока воздуха), а также график зависимости давления от потока воздуха (рис. 3).
Рис. 3. График производительности вентилятора CFM-6025V-131-167от CUI Devices
На рис. 4 график системных требований (рис. 2) совмещен с графиком производительности выбранного вентилятора (рис. 3).
Рис. 4. Системные требования и производительность вентилятора
На рис. 4 красным кружком выделена рабочая точка, по которой можно определить рабочие значения потока и давления в установившемся режиме. Следует отметить, что потребность системы в воздушном потоке составляла 10 CFM, а вентилятор обеспечивает 11,5 CFM. Для некоторых приложений такого запаса будет вполне достаточно, а для некоторых приложений запас должен быть больше.
Параллельная и последовательная работа нескольких вентиляторов
В общем случае, чем больше и быстрее будет вентилятор, тем выше будет создаваемый им поток воздуха и больше давление. Однако, если один вентилятор не может обеспечить требуемый поток воздуха или давление, то следует использовать два или более вентиляторов, работающих последовательно или параллельно. При параллельной работе вентиляторов возрастает поток воздуха, но максимальное давление остается тем же. При последовательной работе вентиляторов, наоборот, возрастает максимальное давление, а максимальный поток воздуха остается без изменения (рис.5).
Рис. 5. Параллельная и последовательная работа нескольких вентиляторов
Кривая зависимости давления от потока при параллельной работе нескольких вентиляторов может быть легко получена из исходной кривой производительности одного вентилятора. При параллельной работе нескольких вентиляторов скорость потока увеличивается кратно числу кулеров.
Рис. 6. При параллельной работе нескольких вентиляторов поток воздуха кратно возрастает
Кривая производительности при последовательной работе нескольких вентиляторов может быть получена аналогичным образом, с той лишь разницей, что при последовательной работе увеличивается давление (кратно числу кулеров). В конечном счете, использование нескольких параллельных вентиляторов будет оптимальным выбором для систем, отличающихся низким сопротивлением и требующих высокого воздушного потока. В то время как несколько последовательных вентиляторов обеспечат большую эффективность в системах, отличающихся высоким сопротивлением и, соответственно, требующих высокого давления потока воздуха.
Рис. 7. Использование нескольких вентиляторов в системах с высоким и низким сопротивлением воздушному потоку
Влияние скорости вращения вентилятора
Законы вентиляторов (Fan Affinity Laws)
- Объем воздуха, перемещаемого вентилятором, пропорционален скорости вращения вентилятора.
- CFM α RPM
- Например, увеличение 3 x об / мин дает 3 x CFM
- Давление воздуха α об / мин 2
- Например, увеличение 3 x об / мин дает 9 x давление
- Мощность α об / мин 3
- Например, увеличение 3 x об / мин требует 27-кратногоувеличения мощности
- Увеличение акустического шума на 10 дБ обычно воспринимается человеческим слухом как удвоение уровня шума.
![Наглядная демонстрация законов аэродинамики вентиляторо]()
Рис. 8. Наглядная демонстрация законов аэродинамики вентиляторов
Заключение
Для выбора подходящего вентилятора (или вентиляторов) необходимо определить требуемый поток воздуха и его давление. Параллельная или последовательная работа нескольких кулеров может потребоваться в тех случаях, когда производительности одного вентилятора не хватает для охлаждения системы. Компания CUI Devices предлагает богатый выбор осевых вентиляторов с различными характеристиками, что позволяет разработчикам гибко подбирать размер вентилятора с учетом потребляемой мощности, акустического шума и других параметров.
Покупая вентилятор для компьютера , на упаковке можно встретить надписи, в которых указаны специальные технические параметры устройства. На некоторые из них стоит обратить внимание. Если же их содержание будет вам знакомо, проблема с выбором кулера для вас отпадёт навсегда. Расшифруем их.
Fan Dimensions
габариты вентилятора в миллиметрах. Обычно, чем больше габариты вентилятора , тем лучше его производительность. Наиболее распространенные размеры компьютерных вентиляторов на сегодняшний день: 60x60x15 мм, 60x60x20 мм, 60x60x25 мм, 70x70x15 мм, 80×80х25 мм и выше.
Dimensions
параметры вентилятора в сборе; крайне полезно, если вы уже представляете габариты своего форм-фактора.
Rated Voltage
напряжение питания. У вентиляторов имеет значение 12VDC, что и означает 12 вольт постоянного тока
Started Voltage
минимальный порог вращения, при котором кулер начнёт крутиться. Обдуть он мало что сможет, однако…. Если напряжения с блока питания ниже, он вращаться не будет
Rated Current
ток, протекающий по обмотке вентилятора при номинальном напряжении (при 12 В)
Power Input
мощность в ваттах, которую потребляет кулер от блока питания. Много вентилятор не кушает, но эта величина закладывается в выходную мощность блока питания. Тем более, если ваш компьютер отчасти ручная сборка, в которой вопросу охлаждения составляющих уделено значительное внимание.
Rated Speed или Fan Speed
скорость вращения крыльчатки (у нас используется об/мин, американская единица измерения — rotations per minute, RPM). Чем быстрее вращается крыльчатка, тем выше становится производительность вентилятора. Типичные значения скорости: от 1500 до 7000 об/мин, иногда до 9000. Но чем больше скорость вращения, тем более шумно будет работать устройство
Air Flow или Max Air Flow
Static Pressure или Static Pressure
давление воздуха на радиатор
Noise Level или просто Noise
уровень шума вентилятора. Данный параметр выражается в децибелах и показывает, насколько громким он будет в субъективном восприятии. Значения уровня шума вентиляторов лежат в диапазоне от 20 до 50 дБА. Человеком воспринимаются в качестве тихих только те вентиляторы, чей уровень шума не превышает 30–35 дБА
Locked Protection
маркировка времени до отказа вентилятора, если его заклинить
Polarity Protected
защита от включения с обратной полярностью. Если такой защиты нет, и вы перепутаете полярность, то вентилятор будет крутиться в другую сторону
Operating Temperature
температурный режим, при котором производитель гарантирует нормальную работу кулера
Storage Temperature
температура хранения устройстваInterface Materialматериал, из которого сделана подошва кулера. С внедрением медных оснований и хороших теплопроводящих паст в этой нашлепке надобность исчезает
Bearing Type
Connector
тип коннектора: 3 pin или Molex — маркировка обозначает те кулеры, которые соединяются с материнской платой и имеют возможность регулировки оборотов, 4 pin или PcPlug — соединяются с разъемом питания для IDE-устройств
Life Time
наработка на отказ. Срок службы вентилятора выражается в тысячах часов и является объективным показателем его надежности и долговечности. На практике срок службы вентиляторов на подшипниках скольжения не превышает 10–15 тыс. часов, а на подшипниках качения 40–50 тыс. часов. Успехов.
Читайте также:
- CFM α RPM
