На что влияет давление вентилятора
Что такое напор вентилятора и от чего он зависит?
Напор – это одна из основных характеристик вентилятора, которая показывает, как изменяется давление потока воздуха до и после вентилятора. Именно за счёт этого давления воздух «проталкивается» через сеть воздуховодов, повороты, тройники, решетки и другое вентиляционное оборудование.
Различают статический, динамический и полный напоры вентилятора.
После вентилятора воздух имеет более высокое давление, чем до вентилятора. Разность давлений воздуха – это и есть статический напор вентилятора (статическое давление вентилятора).
Кроме того, после вентилятора воздух приобретает некоторую скорость движения – так называемый скоростной напор. Если на пути воздуха поставить стенку, то, очевидно, достигнув стенки, воздух остановится, при этом слегка сжавшись. Возле стенки кинетическая энергия воздуха (скорость) превратится в потенциальную энергию (давление). Именно этот прирост давления и есть скоростной напор вентилятора. Иными словами, динамическое давление вентилятора – это давление, которое мог бы иметь движущийся поток воздуха, если его внезапно остановить.
Полное давление вентилятора – суть сумма статического и динамического давлений вентилятора.
Давление (напор) вентилятора зависит от его конструктива. Наименее напорными являются осевые вентиляторы. Их напор измеряется единицами и десятками паскалей.
Средненапорные вентиляторы – как правило, вентиляторы радиального и центробежного типов. Такие вентиляторы «выдают» сотни паскалей. Именно такие вентиляторы чаще всего применяются в общеобменных системах вентиляции.
Вентиляторы высокого давления создают напор, измеряемый тысячами паскалей. Такие вентиляторы используются в промышленных системах вентиляции для прокачки воздуха через длинные воздуховоды, применяются в качестве дымососов, а также для надува при сжигании топлива.
Несколько иная классификация вентиляторов принята в канальных кондиционерах. Канальные кондиционеры также бывают низкого, среднего и высокого давления. Чем выше напор кондиционера, тем более разветвленную сеть воздуховодов можно к нему подсоединить.
К низконапорным кондиционерам подсоединять воздуховоды не рекомендуется.
Они комплектуются всасывающими и нагнетательными адаптерами, которые имеют отверстия для всасывания и нагнетания воздуха. Средненапорные канальные кондиционеры предусматривают подключение воздуховодов средней длины. Обычно речь идёт о рукавах длиной по нескольку метров. Наконец, высоконапорные канальные кондиционеры способны прокачивать воздух на 10 и более метров.
Принципы подбора промышленного вентилятора
В современном мире каждый является специалистом в своей области и совершенно нормально не быть одинаково образованным во всех существующих отраслях.
Посовещавшись, наши специалисты по вентиляции совместно с специалистами по вентиляционным системам решили разработать небольшую статью-помощь людям, которые осознали потребность в промышленном вентиляторе, но не являются специалистами в этой области. Методы подбора, виды вентиляторов, назначение, нюансы выбора – то, что вы узнаете далее.
Вентиляция необходима для обновления воздуха в помещении, то есть отвода отработанного воздуха совместно с газами пылью и твёрдыми примесями, и замены его порцией свежего воздуха снаружи (более подробно можете узнать в статье Зачем нужна промышленная вентиляция и чем грозит её отсутствие).
По способу побуждения движения воздуха (способу осуществления воздухообмена) выделяется естественная и механическая вентиляция. Если естественная происходит за счёт разницы давления внутри и снаружи здания, то для выполнения механической уже необходим вентилятор.
Вентилятор – это машина для перемещения газов и газовоздушных смесей с коэффициентом сжимаемости ≤ 1,15 (то есть объем газа уменьшается не более, чем на 15%, в противном случае – речь уже идёт о компрессорах).
Итак, вам необходим промышленный вентилятор – с чего начать, куда бежать и как его подобрать?
1) Обратиться в проектную организацию для разработки проекта вентиляционной системы, где будет чётко указано какие вентиляторы и в каком количестве вам необходимы, какие воздуховоды нужно использовать и как это всё скомпоновать в качественную вентиляционную систему.
2) Обратиться к производителю промышленных вентиляторов. Не удивительно, что мы рекомендуем обращаться к нам (Вентиляторный завод «Горизонт»). Наши менеджеры обладают многолетним опытом и если вам неохота обращаться к проектировщикам, мы сделаем всё, чтобы максимально точно подобрать вентилятор под ваши потребности.
3) Та самая статья, которую вы сейчас читаете, поможет вам немного сориентироваться в мире промышленных вентиляторов. Внимание! Как говорится, самолечение опасно для здоровья. Если вы не являетесь специалистом, не поленитесь ещё раз проконсультироваться с более опытными людьми.
Чтобы не прыгать с разбега в омут технических характеристик, рекомендуем уделить время прочтению разбора основных видов промышленных вентиляторов.
А вот теперь уже, как бы вам не хотелось, но характеристики и расчёты – важный момент подбора и на их определение и изучение тоже придется потратить время. Рассмотрим два метода расчёта механической вентиляции: по количеству людей и по кр атности воздухообмена.
Расчёт вентиляции по количеству людей
Этот тип расчёта работает для жилых и административных зданий (без специальных требований к вентиляции). При расчёте учитываем расход:
Таким образом, рассматривая 2 постоянно работающих людей и 1 временно, имеем необходимую норму расхода (производительность):
L = 2чел × 60 м³/час + 1чел × 20 м³/чел = 140 м³/чел
Расчёт вентиляции по кратности воздухообмена
Чтобы узнать необходимую кратность воздухообмена (простыми словами – сколько раз за час воздух в помещении должен смениться) нужно определиться с типом помещения. Для этого нужно воспользоваться таблицей, к примеру, такой, как мы предлагаем ниже:
Чем отличаются вентиляторы низкого давления от высокого давления?
Каждый человек нуждается в постоянном потоке чистого свежего воздуха. Однако многие помещения и предприятия имеют спёртый, затхлый воздух, что может негативно отразиться на общем самочувствии и снизить работоспособность. Чтобы этого не произошло, важно не допускать в воздухе наличия пыли, дыма, повышенной влажности и углекислого газа. Поэтому подбираются специальные установки, очищающие воздух. Для их правильного выбора необходимо знать давление вентиляторов, что это и разбираться в параметрах приборов.
Что такое давление вентиляторов
Одним из самых главных параметров любого вентилятора является его напор. Он считается главным показателем давления потока воздуха. Благодаря ему, воздух может проходить сквозь воздуховоды, тройники, решетки и другие конструкции. Он может быть нескольких видов:
О том, какое у вентилятора будет давление, говорит его тип конструкции. Однако самыми слабыми считаются осевые модели. Для их правильного подбора лучше знать отличия давления вентиляторов низкого от высокого.
Характеристики вентиляторов низкого давления
Такие модели очень удобны и долговечны. Большим плюсом является их умеренный уровень шума и вибраций, при котором они остаются эффективными.
Вентилятор высокого давления: характеристики
Чаще всего именно такие устройства используют для перемещения газовых или воздушных потоков. Их широко применяют промышленных или бытовых установках, чтобы создать вентиляцию помещений. Вентиляторы выбирают в зависимости от технических параметров таких как:
Вентиляторы высокого давления создают от 3000 до 12000 Па. Если конструкция превышает эти показатели, то её уже относят к компрессорам. Однако эти параметры могут отличаться у разных производителей и нужно подбирать оборудование согласно своим требованиям, зная параметры промышленных вентиляторов.
Отличие вентиляторов низкого и высокого давления
Чтобы поддерживать нужные параметры воздуха, необходимо применять специальные вентиляторы, расположенные в установках подачи воздушных смесей. Динамическое давление воздуха создают лопасти, вращающиеся в спиральном кожухе. Его напор зависит от типа конструкции.
Вентиляторы низкого давления могут нагнетать давление до 1000 МПа. Они наиболее распространены и используются в климатических системах, расположенных в крупных организациях, цехах и многоквартирных домах. Такие модели имеют свои преимущества, например:
Область использования оборудования может быть ещё шире, если улучшить некоторые функции, разбираясь в характеристиках вентиляторов низкого давления.
Вентиляторы высокого давления – также широко распространены в климатических системах, но с более длинными воздуховодами, которые могут превышать 100 м. С их помощью создается мощный поток воздуха, благодаря чему, технику можно использовать даже в сложных условиях, имеющих серьёзное сопротивление действующих устройств. К подобным приборам предъявляются более повышенные стандарты качества и безопасности. Если необходимо выполнить специфические действия, то вентиляторы могут быть дополнены виброизоляторами, различными вставками и направляющими аппаратами.
Какой вентилятор выбрать низкого или высокого давления
Выбирая вентилятор, главное — учитывать среду, где он будет установлен и какова ожидаемая нагрузка на устройство. Обычное устройство необходимо, чтобы вводить и выводить потоки воздуха в помещении не содержащие вредных компонентов, пыли и других веществ. В случае необходимости движения воздуха с твердыми примесями, понадобятся специальные пылевые взрывобезопасные устройства устойчивые к коррозии. Имеет значение и производительность прибора. От этого зависит количество воздуха, которое он способен переместить. Размышляя о том, какой промышленный вентилятор выбрать, следует учитывать для чего его будут применять.
Вентиляторы высокого давления в основном нужны для обеспечения движения воздуха в печи, вагранке, шахтах, системах зерновых элеваторов и установках пневмотранспорта эжекционного типа. Однако температура воздуха не должна превышать 80°C, а его запыленность 100 мг/м³. Вентиляторы низкого давления уже необходимы для частных и многоквартирных домов. Они отлично выполняют кондиционирование воздуха. При этом их мощность в среднем составляет всего 30 кВт. Для большего эффекта устройства используются вместе с дымоудалением и воздуходувками.
Разбираясь в особенностях промышленных вентиляторов проще сделать правильный выбор. Это позволит очистить помещение от вредных примесей и обеспечит потоком свежего воздуха. Если же есть сомнения в правильности подбора модели, лучше проконсультироваться у специалистов.
Выбор подходящего кулера для системы охлаждения
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
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
Скорость вращения вентилятора (об/ мин) может быть фиксированной или задаваться пользователем с помощью дополнительно входа управления. Изменение скорости влияет на поток воздуха, давление воздуха, потребляемую мощность и акустический шум, производимый вентилятором. Эти отношения описываются так называемыми «законами вентиляторов» (Fan Affinity Laws).
Законы вентиляторов (Fan Affinity Laws)
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.
Трилогия охлаждения. Вентиляторы. Давление, расход.
Эта работа была прислана на наш «бессрочный» конкурс статей и является второй из трёх задуманных. Первая – Гибкий туннель для синхронных вентиляторов. За эту работу автор получил приз – медный кулер под Socket A.
Известно, что эффективность охлаждения зависит от многих факторов. В их числе и такго, как расход охлаждающего вещества, – воздух, вода и д.р. Чем больше его пройдёт через охлаждаемое тело, тем оно больше унесёт тепла. Продвинутые пользователи это не только знают, но и всевозможными методами стремятся поток увеличить. Именно по этому пункту возникает больше всего вопросов и недоразумений, – то получается недостаточно хорошее охлаждение, то много шума. Точнее, вопрос поставлен так: можно ли применять в охлаждении большие вентиляторы (насосы) взамен маленьких и чего от этого ждать? Об этом и пойдёт речь. Для того чтобы ответить, кроме теоретических обоснований, потребовался и ряд практических опытов.
реклама
Итак: Расход – количество вещества, прошедшее через данное сечение в единицу времени.
Имеется труба с определённым внутренним сечением F1, в которую подаётся газ или жидкость со стабильным давлением p1. В трубу установлено сужающее устройство с сечением F0. Характер потока и распределение статического давления в этом случае, будет таким:
Давление протекающей среды больше в тех сечениях потока, где меньше её скорость, и наоборот, в сечениях с большей скоростью, давление меньше. (Закон, открытый петербургским академиком Д а н и и л о м Б е р н у л л и).
На первый взгляд может показаться странным, что при прохождении узких участков трубы сжатие не увеличивается, а уменьшается. Тем не менее, этому факту объяснение есть. Какое количество газа или жидкости в трубу вошло, такое же и должно выйти. А как может пройти равный объём вещества через разные сечения? Только увеличением его скорости. При этом увеличивается и кинетическая энергия, что вызывает уменьшение потенциальной энергии потока в суженом сечении. Соответственно статическое давление в суженом сечении будет меньше, чем до сужающего устройства.
Таким образом, здесь всё ясно, – чем меньше площадь сечения устройства, тем меньше давление в этом сечении. Но это не всё, – если труба снова принимает прежний диаметр, давление за сужающим устройством полностью не восстанавливается!
Потерю давления среды Pn, протекающей через устройство, определяют как разность статических давлений, измеряемых в двух сечениях, в которых как до, так и после устройства, нет его влияния на характер потока. Величина потери давления зависит от модуля (m) сужающего устройства, т.е. отношения его площади к полному сечению трубы.
| Где: | F0 – площадь отверстия сужающего устройства. |
| F1 – площадь сечения трубы. |
Таким образом, чтобы не было потерь потока, не должно быть и сужений, во всяком случае, существенных. Опыт использования устройств конической формы в промышленности показал, что потеря давления сравнительно небольшая, если выходной диаметр конуса составляет не менее 0.75 D трубы.
Наконец упрощённое уравнение расхода (Q), в котором не учитывается ни плотность, ни сжимаемость среды, ни шероховатость стенок и т.п., выглядит так:
реклама
Попросту говоря, чтобы увеличить расход вдвое, нужно либо в два раза увеличить площадь сечения, либо в четыре раза увеличить давление!
Тестирование различных вентиляторов началось со стендовых испытаний.
СТЕНДОВОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ ВЕНТИЛЯТОРОВ.
Тестирование проходили вентиляторы практически всех типоразмеров – от 60×60 до 120×120 мм. Вентиляторы 80×80 мм. оказались в несколько расширенном выборе. Поскольку их всё чаще используют для охлаждения, то и в испытаниях принимало участие несколько моделей. По возможности вентиляторы подбирались достаточно мощные в своём классе.
Обычно, на каждый вентилятор, фирмы изготовители указывают величину расхода воздуха (CFM) и очень редко величину развиваемого ими максимального давления при нулевом расходе. Иначе говоря, давления, нагнетаемого в герметичный объём. Для замера этого параметра использовался стенд со специальной камерой, с отбором для измерения статического давления. Для стыковки с камерой различных вентиляторов были изготовлены все необходимые переходники, которые плотно облегали перешеек камеры. (Эти же переходники впоследствии использовались для установки и тестирования непосредственно на радиаторах)
Имеющиеся немногие данные, (например вентилятора Thermaltake ТТ-8025TU) удивительно точно совпали с полученными результатами, – отклонение составляло не более ± 2%.
Кроме этого, было решено практически пронаблюдать зависимость расхода воздуха от величины сужения. Для этого использовалась динамическая труба с промышленной измерительной дифференциальной трубкой Пито. На снимке изображён момент сборки и подготовки (измерительная трубка не установлена). Выбран был самый большой 120×120 вентилятор. В динамическую трубу, в имеющееся разборное соединение, поочерёдно устанавливались диафрагмы с отверстиями различных диаметров. Картина продувки в динамической трубе выглядела несколько иначе, чем теоретически стабильный поток, хотя в целом никаких неожиданностей не было.
Единственное отличие, – при уменьшении диаметра отверстия, в промежутке трубы до сужения, начинало возрастать давление от нагнетающего вентилятора. (Как выяснилось, это довольно важно, и к этому мы ещё вернёмся). В конечном опыте оно увеличивалось настолько, что воздух устремлялся уже обратно, через вращающиеся лопасти вентилятора. Зато после сужающей диафрагмы отмечалось неуклонное падение потока.
ТЕСТИРОВАНИЕ НА СИСТЕМНОМ БЛОКЕ.
Испытания температурной зависимости от типа вентиляторов проводилось в одном системном блоке, с использованием двух различных радиаторов:
реклама
ARCTIC – радиатор полностью медный. К основанию припаяны тонкие, расположенные радиально от центра рёбра. Радиатор рассчитан на установку вентилятора размером 60×60 мм.
VOLCANO 9 – радиатор цельно-алюминиевый с медным диском, запрессованным в основание. Сечение радиатора соответствует вентилятору 80×80 мм.
Боковая крышка на время тестирования снята. Для удаления тёплого воздуха от локальной тепловой зоны, два задних, корпусных вентилятора (80×80) работали постоянно (
3000 rpm) Температура окружающей среды оставалась равной +23’С.
реклама
Замена вентиляторов на каждом из радиаторов производилась на ходу, без отключения компьютера и без снятия нагрузки с процессора. Так температура стабилизировалась гораздо быстрее. Испытания без нагрузки CPU не проводились. Все полученные результаты всех тестов в сводной таблице:
Серия испытаний на двух различных радиаторах дала разные результаты по температурам, но со схожими закономерностями и позволила получить ответ на поставленную задачу.
Безусловно, сужающий переходник вызывает снижение номинального расхода большого вентилятора, но практические данные в этом плане дали более оптимистичные результаты, чем можно было ожидать. Вышеописанные испытания на динамическом стенде в достаточной степени это поясняют – происходит повышение входного давления перед сужением и этим потери в немалой степени компенсируются.
реклама
Снижение же давления в самой узкой части устройства, оказалось малокритично. Это подтверждается тем, что все вентиляторы типоразмером 80×80, при определённом разбросе между собой предельного статического давления, держат практически одинаковую температуру данного радиатора. По-видимому, аэродинамическое сопротивление радиаторов в целом не столь велико, чтобы в полной мере востребовать этот параметр.
Но всё это до определённого предела, – входное давление не может повышаться бесконечно. Если относительное сужение переходника будет значительным, то потери после него будут совершенно неприемлемыми. На графике отчётливо видно, что радиатор «Volcano 9», имеющий большее сечение, чем «Arctic», меньше зависим от размеров и даёт практически одинаковые результаты с использованием 92 и 120 мм вентиляторов. Радиатор же «Arctic» с вентилятором 120 мм. вообще не согласуется, и даёт температуру выше «родного» (60×60) на +2’С!
Таким образом, выводы можно сделать вполне определённые:
На практике, основываясь на полученных данных, можно с уверенностью сказать, что относительное сужение может составлять:
реклама
m = 0.42 ( F0 60*60 / F1 92*92 ) или 0.65D ( D 60 / D92 )
При дальнейшем уменьшении коэффициентов, потери не оправдываются.
Здесь учтено, что вентиляторы, являющиеся по сути короткой трубой, имеют величину проходного сечения зависимую от его внутреннего диаметра. Так вентилятор с корпусом 60×60 имеет диаметр 57 мм. и площадь сечения 2550 мм.кв. Самыми оптимальными вариантами для замены являются вентиляторы типоразмеров 80x80x25 и 92x92x25 мм. Естественно, для каждого из них и радиатор должен более-менее соответствовать по минимальному сечению и удобству установки. Ещё одна характеристика, на том же графике, отображает зависимость температуры CPU от скорости вращения вентиляторов.
Полученные данные показывают, что повышение оборотов не всегда приводит к ожидаемому результату. Причина опять же в том, что расход имеет квадратичную зависимость и таким образом возрастает с повышением оборотов (давления) не так быстро, как бы хотелось. Кроме того, не менее веская причина кроется и в том, что при снижении температуры рёбер радиатора до определённой величины, уменьшается и перепад температур между ними и охлаждающим воздухом.
ВЕНТИЛЯТОРЫ. Кратко о впечатлениях от вентиляторов, прошедших тесты.
реклама
Именно с ним попутно проводились небольшие опыты по изучению формирования потоков.
Вентилятор без корпуса.
Во всех боковых стенках корпуса вентилятора D80BH-12 вырезались (полотном по металлу или лобзиком и немного дрелью) большие окна. По сути, стенки ликвидировались совсем, оставались только узкие стойки для крепежей. Его испытания на стенде и тестирование на кулере никаких изменений давления или температуры не выявили. Однако оказалось, что такой вентилятор шумит меньше, по сравнению с обычным. Совсем ненамного, но при поочерёдном включении точно такого же, но целого вентилятора, на слух это улавливается.
Очень интересная картина наблюдалась при прокрутке этого вентилятора в задымлённом воздухе с подсветкой плоским лучом света. К сожалению, на неподвижном снимке динамика струй дыма почти не передалась. Кроме того, трудно увидеть полную картину, так как изображено схематично, под одним ракурсом. Некоторые направления потоков видны только под определённым углом сечения.
реклама
Оказалось, что потоки воздуха втягиваются не только «сверху», но и со всех боков, и даже чуть с нижних внешних кромок! И только чуть отступив от кромки в сторону центра, образуется вращающийся поток, направленный вниз.
Эти свойства с успехом используются в известном кулере Zalman CNPS 7000.
Понятно теперь, почему он относительно тихий и как там формируются потоки?! Ламинарный поток проходит верхние, редкие рёбра, набирает давление-скорость и мощной струёй продувается через частые ребра у основания кулера.
Те же испытания в задымленной атмосфере показали, что аэродинамическая тень от средней части крыльчатки во вращающемся потоке незначительна, и следовательно серьёзного влияния на поток в целом оказать не может. Здесь может крыться ошибочное представление об эффективности удлиняющей насадки, поднимающей вентилятор над радиатором. Было сделано одно наблюдение.
Открытая стенка системного блока вовсе не залог хорошего охлаждения. Такой факт выявился на текущих испытаниях. Казалось бы, что может быть лучше свободного доступа воздуха к процессору? Однако стоило только отключить вытяжные вентиляторы, температура процессора немедленно поднималась на несколько градусов! Объяснение тому простое, – воздух, выбрасываемый кулером, скапливается тёплым облаком в верхней части корпуса и медленно перетекает через кромку наружу. Естественно, при этом кулер успевает его часть захватить обратно. Насадка уменьшает эту возможность, т.к. вентилятор выноситься из зоны повышенной температуры.
Если вентилятор работает на вытяжку, то насадка может своей нижней частью образовать своего рода кожух для радиатора. Степень прикрытия верхних частей рёбер (приблизительно на 45-50%) подбирается экспериментально, по минимальной полученной температуре процессора, после чего насадка надёжно фиксируется.
Однако процессор не единственный элемент, нуждающийся в охлаждении. При открытом корпусе, работа вытяжных вентиляторов никак не сказывается на продувке жёсткого диска. Внешний датчик, укреплённый на корпусе HDD («Barracuda» 40Gb, 7200) выдал температуру +50.4 градуса! Внутри нагрев вполне может быть ещё выше. Эта тихая «рыба» явно любит свежий воздух. При закрытом корпусе её температура составляет не более +30,5’С, без всякого дополнительного охлаждения.
О совмещении двух вентиляторов, и что это даёт?
Чтобы точно ответить, снова понадобились небольшие эксперименты. На статический стенд устанавливалась пара сдвоенных вентиляторов. Сразу же отмечалось заметное увеличение давления, но не сколько ожидалось. Теоретически давления ступеней должны складываться. При опыте было замечено, что обороты нижнего вентилятора при этом резко увеличивались. Здесь причина и крылась, он работал в закрученном потоке от первого вентилятора, как бы наполовину вхолостую.
Собственно такое построение напоминает схему двухступенчатого осевого компрессора авиационного двигателя. Однако там, между вращающихся колёс с лопастями, установлены стабилизаторы, по сути представляющие собой неподвижные лопатки с определённым углом поворота и тормозящие вращение потока.
Опыт был несколько изменён. Вентиляторы стыковались между собой не вплотную, а соединением, образующим между ними промежуток три сантиметра. Внутри него имелись неподвижные пластины, (оказалось достаточно всего одной перегородки на всю ширину соединения), стабилизирующие поток. Повторные испытания показали, учитывая потери, что давление увеличилось почти вдвое!
При этом, однако, проверка на динамическом стенде показала, что объём потока не изменился. Здесь всё правильно, – если нет сопротивления, не будет и разницы. Собственно, зачем может понадобиться увеличение запаса по давлению (или разряжению), если предыдущие опыты показали, что вполне достаточно одного вентилятора? Да, но если речь идёт только о продувке радиатора. Другое дело если используются различного рода воздуховоды.
В конструировании всегда считалось хорошим тоном совмещение в каком-либо устройстве различных функций. Почему, например, довольно мощному кулеру, помимо продувки радиатора, не выполнять роль вытяжного вентилятора при перевёрнутой установке, а корпусному на задней стенке, – не охлаждать кулер? Тогда потоку преодолевать сложившееся сопротивление радиатора, нормально закрытого корпуса, самого воздуховода, – значительно труднее. Кстати, можно заметить, что если вентиляторы устанавливаются на противоположных концах длинного изогнутого воздуховода, стабилизатор потока не обязателен. Вращение гасится его же сопротивлением.
Ещё о совмещении. Если в системном блоке на передней стенке установлен дополнительный приточный вентилятор, то почему бы ему в первую очередь не дуть на что-то нуждающееся, HDD например? Такое расположение предусматривают некоторые корпуса, либо можно самостоятельно установить винчестер в поток, используя любые крепления, вплоть до детского конструктора. Хороший эффект может дать простейший воздуховод от переднего вентилятора к видеокарте. При этом не обязательно его крепить или делать вплотную к кулеру последней. Может оказаться вполне достаточно прямой струи прохладного воздуха.
Тут кстати можно заметить, что воздуховоды или переходники по направлению потока, могут быть не только сужающимися или равномерными, но и расширяющимися. Если диаметр вентилятора не позволяет продувать всю необходимую площадь, к примеру, радиаторы водяного охлаждения, то лучшее решение будет сделать короткий кожух-переходник. Срабатывает эффект сопла динамического расширения, идущий явно в пользу вентилятора с недостаточным диаметром, делая его поток более равномерным. Это гораздо эффективнее и эстетичнее, чем вентилятор, примотанный изолентой, и где часть площади радиатора не обдувается вообще.
Примером реального применения может служить промышленный теплообменник, изображённый на снимке.
Воздух под давлением подаётся по толстой трубе в направлении, указанном стрелкой. По тонким трубам циркулирует вода. Другой случай: кожух на радиаторе некоторых автомобилей, автобус ПАЗ к примеру. Вентилятор расположен спереди по ходу движения.
ОХЛАЖДЕНИЕ ВОДОЙ. Немного о помпах.
Количество типов и моделей таковых, достаточно велико.
Возможно, такой насос может перекачать 200 литров воды за час с места на место в аквариуме без какого-либо сопротивления, но это вовсе не значит, что он способен поднять за час указанный объём на высоту 0.5 метра. Давление развиваемое насосом, попросту уравновешивается противодавлением водяного столба. Будь столб хоть на миллиметр выше, вода не потечёт вообще.
Кстати, некоторые модели имеют поясняющие квадратичные графики, изображённые прямо на упаковке.
На практике конечно, вода не просто поднимается, но и течёт по обратной трубке, что компенсирует потерю давления. Однако возникает другая проблема. Проходя по различным трубкам, переходникам, ватерблокам, разветвителям, вода преодолевает определённое сопротивление. Поэтому, заявленного расхода может не быть даже близко. Какой же он в таком случае в реальности?
Провести измерение можно и без счётчика воды. Для этого достаточно водой, прошедшей через систему охлаждения, по обратной трубке заполнить любую мерную емкость (пластиковую бутылку, к примеру) и засечь время, сколько это займёт. Если, например, ёмкость 1.5 л. заполнится за 1 мин. 48 сек., то расход будет равен
Конечно, расходная ёмкость должна при этом пополняться, а наполняемая находиться на том же с ней уровне. Компьютер, разумеется, в целом включать не нужно. Вообще-то подобным методом (мерной ёмкости) в настоящей метрологии непосредственно поверяются все счётчики расхода воды.
Если по каким-то причинам расход оказывается недостаточным, а изменение конструкции в целях снижения сопротивления неприемлемо, то выход только в увеличении давления на нагнетании. Иногда для этого устанавливаются последовательно две помпы, но это усложняет конструкцию со всеми вытекающими последствиями. К тому же в этом случае складывается не их производительность, а давление. Гораздо лучший вариант увеличить давление, – установить один, более мощный насос. В отличие от вентилятора, особое увеличение шума в этом случае не грозит.
Q помпы2 = (Q помпы1 : √H помпы1) x √H помпы2 ( 50 литров : √ 0,5 ) x √ 1,3 = 80.2 литра.
Причём расчётные данные точно подтвердились в ходе практических экспериментов. Таким образом, при покупке насоса следует обращать внимание не столько на его производительность в литрах, (она в любом случае обещается больше реально необходимой) сколько на развиваемое им давление!
Все опыты и подготовка к ним заняли очень много времени, но помогли узнать много интересного. Очень буду рад, если кому-то из пользователей полученные данные окажутся полезными. В настоящее же время проведены работы:
Данные в процессе подготовки.
При работе над статьёй использовались следующие материалы и оборудование:
УСПЕХОВ ВСЕМ! CONTINENTAL
Ждём Ваших комментариев в специально созданной ветке конференции.