在服务器结构设计中,我们一般都会在风扇结构外框中设计防护网,防护网的主要作用是起到防护作用,防止人的手指误插入其中造成受伤, 但是防护网又会明显的造成风扇性能的下降,性能越高的风扇,风扇防护网对其性能的衰减越严重,所以对风扇外框防护网的设计尤为重要,本文通过一些仿真和实际设计与设计,寻找一种可以减少风扇性能损失的防护网,从而对系统的散热产生积极的影响。
我们从仿真的角度分析外框对风扇性能的影响,利用流体仿真计算,对比风扇原型与安装风扇外框的风扇的最大流量,判断风扇外框对风扇性能的影响 分析风扇在旋转过程中的流体仿真数据,解析风扇外框对风扇性能影响的原因。
风扇出风口速度场、静压场存在明显的高区与低区; 出风量为120.2CFM
风扇出风口静压场受风扇外框的影响出现了明显的高压区与低压区; 风扇外框的内表面存在明显的高静压分布,表明风扇外框干扰了风扇出风口的流场; 出风量为100.1CFM
通过对比两次仿真计算的风扇出风量,表明风扇外框的存在明显降低了风扇的出风量,与实测的现象相吻合; 对于风扇外框对风扇性能的影响,可以通过风扇出风口静压场的分布以及风扇外框内表面的静压场分布进行分析; 风扇出风口受自身扇叶设计的影响,出风口区域存在明显的高静压区/高流速区,集中于风扇出风口固定导向叶片的压力面;
优化方向:风扇外框的设计应尽量避免风扇出风口的高静压区,为了保证风扇外框的强度和防护作用,可以在低静压区进行设计; 由于风扇出风口截面的高静压区随着与风扇出风口的距离增大,随着减小;风扇外框可以设计一定厚度的凸起,即保证了强度,又改善了风扇外框对风扇性能的影响。
将风扇外框的设计尽量处于风扇出风口低静压区,同时兼顾防护作用,完成两款风扇外框的设计V1、V2 优化设计V1:出风量108.6CFM 优化设计V2:出风量112.3CFM 相比风扇外框V0,优化设计V1、V2的出风量有了明显的提升,同时优化设计V2兼顾了流体性能和本身防护作用,达到了工程上的最优化设计;
风扇外框可以设计一定的厚度的凸起,使风扇外框的内表面远离风扇出风口,从而减小对风扇性能的影响; 以风扇外框V0为例,完成无凸起的风扇外框V0.1的仿真计算 风扇外框V0.1出风量:95CFM;风扇外框V0出风量96CFM
将优化设计V1、V2实际装配后,置于风洞,完成风扇100%duty下的性能测试; 对比风扇原型、风扇外框V0、优化设计V1、V2,风扇外框经过优化设计的迭代,不断改善风扇性能,并逼近风扇原型的性能
总结:1. 通过对风扇性能的仿真数据的分析,合理解析了风扇外框对风扇性能影响的原因;
2.基于流体力学理论的分析,总结了风扇外框的优化思路;
3. 通过对优化设计的仿真计算和实测验证,验证了风扇外框对风险性能影响的解析和改善方案的有效性和合理性;
4. 通过对问题的研究,总结出风扇外框的设计原则和设计流程,用于指导散热、结构工程师完成对风扇外框的设计,并最大化的保留风扇原型的流体性能;