
本期给大家带来的是关于电子产品风扇噪音评估与系统噪音优化解决方案研究内容,希望对大家有帮助。

之前我们在公众号分享过关于电子产品风扇的基础知识,其中就包含了风扇噪音计算、评估,以及串并联风扇组的噪音计算。
风扇噪声
由于风扇的特殊构造,在内部有马达高速旋转,所以必然会有噪声产生,噪声的测试方法,一般会在风扇的文档中提到,如下图所示,

即,风扇规格书中的噪音测试环境为:额定电压满转速,自由场进风口1m处。
这个文档给出的噪声值,只能作为参考,不能作为风扇在系统中实际的噪声。还受限于风扇转速、风道形式、风路上的结构件、固定方式结构件共振等多种因素。
有看到过这样的说法
当两颗风扇以同样转速运转时,其噪音为单颗风扇+3dB(A);风扇转速降低一半,其噪音降低15分贝(有待考证)。
噪音测试的方法:依据IS0 3744,IS0 3745,IS0 7779,CNS 6753,JIS 8346测试规范,感兴趣的可以自行下载查阅了解。
风扇的串联与并联

串并联示意
选择的原则:
串联:当系统中的阻力较大时,需要更高的风压的情况,优先考虑;
并联:当系统中的阻力较小时,需要更大的风量的情况,优先考虑;
当然还得考虑多个风机在系统后,整体系统噪声的影响,这个大家可以通过仿真、计算或者实际测试来验证。
下面给大家一些简单的计算参考,
同一规格的风扇可理论推导,风扇数量每增一倍,噪音增加3dB。
可直接计算:总噪音= 10log(风扇个数)+单个风扇噪音。如,单个风扇41dB,3个并联噪音为:10log3+41=45.77dB。
不同规格的风扇

例如:当三个风扇噪音分别为55dB、60dB、65dB,在同一系统内使用时,他们产生的噪音为:

更详细的内容,大家可点击上方链接进行了解。
现在企业对热设计工程师的技术能力,不单单是会做热管理方案规划,仿真等方面,还希望对其他维度。
比如噪声评估,系统整体噪声控制等方面有所了解,能解决实际工程项目问题。
所以,今天分享的第二部分,就是关于系统内部有风扇的项目,系统噪声的控制措施。
解决风扇与系统噪声问题,我们可以从以下四个方向进行,
机械噪声
振动噪声
气动噪声
机械噪声
主要由马达和轴承等机械部件的运转声音引起。传统的电子产品风扇,内部基本结构如下图所示,

风扇产生的噪音,与其工作原理有很大关系,主要是因为马达高速旋转,带动扇叶周期性的带动周围空气,使空气产生脉动频率。
这个频率能被人耳识别,频率越高,噪声越大,也就越刺耳。
在项目方案设计过程中,风扇选型要合理,同时注意风扇寿命的影响与定期维护。
振动噪声处理
加固风扇安装固定
对比,锁附风扇的螺丝个数和扭力,保持受力均衡,比如笔记本电脑内部中的CPU散热模组上的离心风机,如下图所示,

此部分的螺丝个数与扭力,可参考相关文献进行计算与仿真,有需要的可以关注本公众号,后台发送关键词:“螺钉”
即可领取一份,《笔记本电脑散热模块中弹簧螺钉的分析与计算》参考文献。

改善风扇的安装方式
比如卧装的方式,与竖装的方式不同,对系统噪声的影响也不一样,主要体现在风扇的振动和气流特性上。
卧装方式:风扇叶片水平运转,产生的气动噪音较大,因为气流方向与地面平行,容易产生湍流和涡流噪音。此外,卧装时机械部件的振动也会增加噪音。

竖装方式:风扇叶片垂直于地面运转,气动噪音相对减少,因为气流更加平稳,减少了湍流和涡流的发生。同时,机械部分的振动也会减少,从而降低噪音。

某强迫风冷散热系统
减震棉或隔音棉
减震棉或隔音棉可以吸收风扇高频振动的能量,减少噪音的传播。
气动噪声处理
关于电子产品风扇的结构、性能与计算公式、测试等内容,之前我们分享过某风扇厂家的相关资料,详情点击下方链接了解。

这类噪声大部分都集中在系统的进出风口,该处的风阻较大,风压变化大造成噪音偏大。
所以,优化这部分的噪声,可以从以下几个方面,
对进出风口进行优化
增加开孔面积、开孔率,有利于气流快速通过,减少进出风口风阻;

或者尽量采用直流道,如下图所示,
百叶窗的进气方式,会导致气流经过时改变方向,局部压力损失变大,风阻增加。

百叶窗进气口设计
风扇和机壳的距离优化
一般来说,气流从大空间进入小空间的噪音比小空间进入大空间的噪音大,气压变化一样导致。
所以我们在风扇与机壳的安装位置,尽可能做优化,有条件的距离5-10mm以上比较好,壁面紧贴机壳。
减少风扇转速与数量
之前我们分享过风扇的理论风量需求,如下所示,

在满足风量需求的条件下,尽可能选择低转速的,大尺寸的风扇,这样噪声较小。
减少系统内部流阻(风阻)
借鉴之前分享过的一篇关于风道优化的几个原则,
系统内部尽量采用直流通道

壁面气流多次拐弯造成压降损失。
同时,压降和速度的平方成正比的原理,避免内部有小空间的速度较大,造成系统内部压降变大。
避免风道、出风口位置有较大元器件阻挡气流。
增加导风板,如下图所示,

导风板引导气流设计
导风板引导气流设计,不仅可以将气流有效的引导到热区的散热器上,增强散热效率,同时可以减少压降损失,从而减小系统噪声。
另外,还有其它的,比如电磁等造成的噪声等,感兴趣的可以深入研究。
本期的分享就到这里,对结构设计、热设计以及数字化研发系统等技术提升与项目咨询、项目技术支持等需求,可联系V:yanshanYH,备注来意。
