[发明专利]电子设备风冷散热轴流冷却风机

说明书

本发明公开的一种电子设备风冷散热轴流冷却风机，旨在提供一种效率高、振动小、风量大、背压高和噪声低的轴流风机。本发明通过下述技术方案实现：机壳为向后抽风风道，前端宽中间窄后向宽，具有倾角内壁且中间各截面按线性规律变化的双漏斗状倾角风道机壳，叶片采用前弯折缘型，由上倾角为至少‑14°的吸力曲面和下倾角至少为‑11°的压力曲面构成轴流掠形叶片，与风机气流方向和风道相匹配的螺旋状弧度导流静叶，导流静叶将叶轮后气流旋绕产生的动能转变为压力，机壳倾角内壁阻止风机叶片叶顶泄露，将机壳内壁压力进行切割，与轴流掠形叶片形成强制气流，阻止风机叶片边界层的分离，将气流送出去。

技术领域

本发明涉及一种面向于机载、船载及车载等多种装载平台应用，能为电子设备风冷散热提供高可靠性大风量风源，并且噪声较低的高性能风机，尤其是一种大风量低噪声轴流冷却风机。

背景技术

风机是输送气体，把原动机输入的机械能转变为气体动能和压力能输出流体机械装置。长期以来轴流式风机因其结构简单、使用方便、噪音低、流量大，排气通风效果也很显著被广泛应用在各行各业中。轴流风机主要由风机叶轮和机壳组成。通常低噪音轴流风机叶柄采用法兰式安装结构，轮毂外表面周边设有用于安装法兰式叶柄的沉孔。

风机噪声以空气动力噪声为主，它主要是由于气体的非稳态流动，也就是气流的扰动，气体和气体及气体和物体互相作用所产生的噪声。根据噪声源的不同可分为涡流噪声和旋转噪声。旋转噪声由叶片周期性地与周围空气相互作用而产生，与风机叶轮及叶片的几何结构有关，具有离散特性；涡流噪声是由于流动的压力脉动和叶片边界层的分离而产生，如来流的不稳定、湍流边界层、脱落涡和叶尖涡等，具有宽频特性，是风机的主要噪声源。研究表明，风机效率和噪声的大小与叶轮的气动特性密切相关，而叶片的几何形状是决定叶轮气动特性的主要因素。如平板形叶片产生的涡流较大，故涡流噪声也较大；而直叶片的冲击噪声较大。因此，合理改善风机叶片几何形状，是降低噪音、提高风机冷却性能的有效手段。

当前航空、航天等领域应用的电子设备其功率越来越高，发热量也越来越大，需要高可靠性大风量的轴流风机辅助进行辅助散热。电子设备的冷却方式很多,主要包括空气冷却、液体冷却和相变冷却等。由于航空飞行器、雷达通讯系统和电子系统对电子散热设备的特殊性要求,采用液体冷却比较困难.空气冷却具有方便、设备简单及低成本等特性,应用相当广泛.其中风机冲击射流在局部冷却及快速散热等方面具有绝对优势,配合热沉对电子元件进行冷却,是解决航空电子设备散热问题的有效途径。发热源热量通过与其表面直接接触的热沉向外导热,再由高速转动的风机将大部分热量通过对流方式带走,从这个散热过程可以看出风机是整个散热系统的中枢,担负着将热气流吹走的重任。目前市场上的大风量轴流风机通常噪声较大，例如对于叶片直径为70mm的轴流风机，当其风量大于105CFM@28V时，按 GB/T10069.1-2006标准测得的噪声通常大于80dB。风机的噪声对人体十分有害，影响人的听力，而且会引中枢神经系统病理性变化，导致记忆力衰退等精神综合征，同时也非常不利于电子设备的使用、调试维护和保养。影响轴流风机性能的因素很多,如何使得在一定工作条件下轴流风机气动性能最好是轴流风机设计中迫切需要解决的问题。风机叶片安装角的不同，会使得叶片表面的压力分布、速度分布等发生相应变化，从而对风机的流量、效率以及噪声等产生重要影响。在一定范围内，安装角减小，叶片的气动噪声会随着叶片表面的压力脉动和负荷减小而减小，但是过小的安装角也会使风机的流量和效率都下降，不能满足风机的静特性需求；相反的，安装角增大，叶片表面的压力脉动和负荷都增大，同时过大的安装角甚至使风机处于失速的情况，但增大安装角也会使风机流量有较大提高。在最大效率方面, 安装角愈大代表叶片越直立,所承受的风阻和损失也越大,效率降低,马达所需的功率必须增加才能使风机正常运转。在相同转速条件下,叶片数从6减为4片时,气体从叶轮得到的能量减少,风机整体的效率、静压、功率都有呈现下降的趋势.当叶片数增加至8叶时,虽然可增加气体从叶轮上得到能量,但叶片数太多会对气体形成较多的扰动,增加湍流能量损失,使得风机效率下降,流量和静压增加不多.因此合理选择叶片数对风机的性能具有显著的影响。若增加叶片高度,叶轮与气体的接触面积增加,气体得到的能量增加,进而使得静压值提升；同时气体与固体边界的摩擦损失也增大,效率维持与初始设计基本相同的水平.而减小叶片高度时,其与外框间的间隙扩大,气体的回流和逆流现象比较严重,气流能量损失增加,同时因接触面减少,气体的压力能与动能降低,造成风机总体性能下降.由此可知在设计叶片高度时,不仅要考虑到其带动的气流要大,还要避免摩擦损失的增加。急需一款能满足电子设备散热的大风量、高背压要求，同时又具有较低噪声的高性能风机。