在我們生活中，像吊扇、臺(tái)扇這些在夏天幾乎是必不可少的，在各種電子設(shè)備中，也隨時(shí)都可以見(jiàn)到大大小小的各色風(fēng)扇，在我們天天打交道的電腦中，風(fēng)扇更是如影隨行，機(jī)箱中有前置風(fēng)扇、后置風(fēng)扇，顯卡上一般都有兩三個(gè)小風(fēng)扇，風(fēng)冷和水冷散熱器上那風(fēng)扇必須是標(biāo)配了。很顯然，我們、尤其是我們的電腦那是離不開(kāi)風(fēng)扇了！
這些風(fēng)扇有什么用呢？你一定會(huì)說(shuō)，風(fēng)扇吹出來(lái)的風(fēng)涼快，可以幫助散熱，恭喜你答對(duì)了~但我們還是要看看它到底是怎么幫助散熱的。
一點(diǎn)熱力學(xué)常識(shí)
在中學(xué)物理我們學(xué)過(guò)，自然界中熱傳遞有三種基本方式：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射，熱從物體溫度較高的部分沿著物體傳到溫度較低的部分，叫做傳導(dǎo)；而靠液體或氣體的流動(dòng)來(lái)傳熱的方式叫做對(duì)流；熱由物體沿直線向外射出，叫做輻射。
既然有借助外力的強(qiáng)制對(duì)流，也***存在有自然對(duì)流，自然對(duì)流***是無(wú)外力推動(dòng)由流體自身溫度場(chǎng)的不均勻所引起的流動(dòng)。無(wú)論是強(qiáng)制對(duì)流還是自然對(duì)流，它們的熱流量都可以這樣來(lái)描述：
熱流量 = 對(duì)流傳熱系數(shù) × 物體表面積 ×（物體表面溫度 - 流體溫度）
顯然同樣條件下，對(duì)流傳熱系數(shù)將決定熱流量的大小，在這兒強(qiáng)制對(duì)流傳熱系數(shù)遠(yuǎn)強(qiáng)于自然對(duì)流傳熱系數(shù)，比如空氣自然對(duì)流傳熱系數(shù)5 ～ 25W/(m2*K)，強(qiáng)制對(duì)流傳熱系數(shù)20 ～ 300W/(m2*K)，水的自然對(duì)流 200 ～1000W/(m2*K)，強(qiáng)制對(duì)流 1000 ～ 15000W/(m2*K)，可以看到，雖然說(shuō)在不同情況下傳熱系數(shù)略有不同，但總體上，強(qiáng)制對(duì)流傳熱系數(shù)一般是自然對(duì)流系數(shù)的5-10倍，所以，借助風(fēng)扇外力的強(qiáng)制對(duì)流方式能極大提升熱流量，有效地幫助物體進(jìn)行散熱！
再以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)冷散熱器為例，熱量從散熱器轉(zhuǎn)移到空氣中，以下是它的熱轉(zhuǎn)換模型：
熱轉(zhuǎn)換量 = 空氣比熱 × 流動(dòng)的空氣重量 × 空氣上升的溫度
在這樣一個(gè)方程式中，流動(dòng)的空氣重量是和風(fēng)量（風(fēng)量的概念下面會(huì)詳細(xì)講到）成正比的，直觀上來(lái)說(shuō)，更好的風(fēng)扇能在同樣的時(shí)間內(nèi)吸入更多新的冷空氣，單位時(shí)間內(nèi)與散熱器交換的熱量也***更多，也***是更大的風(fēng)量會(huì)帶來(lái)更好的散熱效果，但是，在電腦機(jī)箱這種空間有限的地方，這件事也不是這么簡(jiǎn)單。
在機(jī)箱這種體積并不算大，且并不是******理想的環(huán)境下，除過(guò)我們?nèi)粘ｊP(guān)心的RGB燈光效果和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速外，決定風(fēng)扇的核心散熱能力的兩大因素是風(fēng)量和風(fēng)壓。
風(fēng)量與風(fēng)壓
風(fēng)量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)的空氣總體積
風(fēng)量指的***是風(fēng)扇單位時(shí)間內(nèi)送出或吸入的空氣總體積，單位主要是CFM（立方英尺/每分鐘），有時(shí)還會(huì)使用立方米每小時(shí)這個(gè)單位，既M/H，貓頭鷹的風(fēng)扇上***經(jīng)常用這個(gè)單位，比如大名鼎鼎的NF-A12，風(fēng)量數(shù)據(jù)為102.1 立方米每小時(shí) [M/H]，經(jīng)過(guò)換算大概是60.09立方英尺每分鐘 [CFM]。
在前面我們已經(jīng)說(shuō)過(guò)了，大風(fēng)量是散熱系統(tǒng)的核心，同一時(shí)間內(nèi)吹入更多新的冷空氣***可以加快熱傳遞，***終帶來(lái)更好的散熱效果，在計(jì)算上，風(fēng)量=出風(fēng)口面積×平均風(fēng)速，反應(yīng)到實(shí)際情況中，***是風(fēng)扇尺寸越大、轉(zhuǎn)速越高、風(fēng)量越大。
我找到了一些市場(chǎng)上比較熱門(mén)的風(fēng)量扇給大家做對(duì)比，可以看到各品牌的12cm的風(fēng)扇在擁有更高轉(zhuǎn)速的情況下，風(fēng)量還是遠(yuǎn)不如14cm風(fēng)扇的，甚至因?yàn)楦叩霓D(zhuǎn)速還會(huì)帶來(lái)更高的噪音。
風(fēng)壓：風(fēng)扇提供的動(dòng)力
而風(fēng)壓***是為了能夠正常通風(fēng)，設(shè)備所需要克服的阻力，通常指風(fēng)扇出風(fēng)口與入風(fēng)口的壓強(qiáng)差，我們一般會(huì)將測(cè)量到的壓力的變化值稱為靜壓，一般來(lái)講散熱風(fēng)扇中的風(fēng)壓都是指靜壓，在散熱風(fēng)扇上我們使用一個(gè)不常見(jiàn)的單位：mmHO，既毫米水柱。
風(fēng)壓的概念有點(diǎn)復(fù)雜，簡(jiǎn)單點(diǎn)講***是給氣流增加多少壓力，讓它吹得更遠(yuǎn)，相對(duì)于風(fēng)量***是：一個(gè)只管進(jìn)風(fēng)吹，吹到那里去了不負(fù)責(zé)。一個(gè)只管把風(fēng)吹的遠(yuǎn)，吹進(jìn)去多少不負(fù)責(zé)。當(dāng)然了，放在散熱系統(tǒng)里面，我們肯定是希望風(fēng)扇吹的更遠(yuǎn)的，能將冷風(fēng)送到機(jī)箱的***深處，或者吹過(guò)整個(gè)散熱鰭片。
為了做到這一點(diǎn)，風(fēng)量扇和風(fēng)壓扇在設(shè)計(jì)上有不同的取向，通常風(fēng)壓扇的扇葉數(shù)量較少，但形狀都比較復(fù)雜，且總體上傾角偏大，這樣的目的***是在氣流經(jīng)過(guò)風(fēng)扇時(shí)，給氣流增加更大的壓力。
風(fēng)量風(fēng)壓很難兼得
風(fēng)量和風(fēng)壓是兩個(gè)相對(duì)的概念，在定量定溫的情況下，理想氣體的體積與氣體的壓強(qiáng)成反比，即 V = K/P （V是指氣體的體積，P指壓強(qiáng)，K為一常數(shù)），也***是******的玻意耳（Boyle）定律，玻意耳是英國(guó)化學(xué)家，他在1662年提出“在密閉容器中的定量氣體，在恒溫下，氣體的壓強(qiáng)和體積成反比關(guān)系。”這也是人類歷************個(gè)被發(fā)現(xiàn)的“定律”。
在風(fēng)扇設(shè)計(jì)中，通常通過(guò)扇葉的設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)控風(fēng)壓和風(fēng)量的大小。也***是扇葉才是一個(gè)風(fēng)扇的靈魂，像扇葉葉片數(shù)目、葉片曲率、葉片傾角、葉片沖角、葉片寬度、葉間間隙等，都會(huì)影響到風(fēng)扇的性能，且它們間相互制約，關(guān)系復(fù)雜，基本是要反復(fù)調(diào)整來(lái)尋找一個(gè)適合目標(biāo)的平衡點(diǎn)。
比如扇葉越偏向細(xì)長(zhǎng)，留出給空氣流通的空隙比較大大，這樣容易實(shí)現(xiàn)大風(fēng)量，但這樣***會(huì)犧牲一些風(fēng)壓性能。而風(fēng)壓扇則普遍擁有厚實(shí)的扇葉，這樣會(huì)導(dǎo)致吹過(guò)的空氣少，也***是風(fēng)量下降，但會(huì)更利于推動(dòng)空氣加速，可以實(shí)現(xiàn)更大的風(fēng)壓。
ARCTIC A12 風(fēng)量扇 / ARCTIC P12 風(fēng)壓扇
提高轉(zhuǎn)速可以兼顧部分風(fēng)量與風(fēng)壓
當(dāng)然了，從散熱的角度上講，要想散熱效果好，風(fēng)量風(fēng)壓都得高，以上所說(shuō)的風(fēng)量扇和風(fēng)壓扇都是在同樣功率或者相對(duì)安靜情況下的取舍，如果你不在乎噪音，那其實(shí)是可以部分兼顧的，比如有一些工業(yè)扇，在放寬的噪音的情況下，提高功率轉(zhuǎn)速后可以同時(shí)達(dá)到很高的風(fēng)量和風(fēng)壓水平。3000轉(zhuǎn)的貓頭鷹NF-A14，可以提供269.3M/H（158.3CFM）的風(fēng)量和10.52mmH2O的風(fēng)壓，遠(yuǎn)超普通14cm風(fēng)扇的水平，但如果仔細(xì)研究***可以發(fā)現(xiàn)，這款風(fēng)扇還是比較偏向于風(fēng)壓的，在3000轉(zhuǎn)的情況下風(fēng)量上相比1800轉(zhuǎn)左右的風(fēng)扇是2倍左右的水平，但在風(fēng)壓上已經(jīng)是接近4倍多。
***是說(shuō)雖然風(fēng)量風(fēng)壓在理論上有取舍，但如果直接強(qiáng)行拉高轉(zhuǎn)速，也是可以兼顧到一部分，這里還有一份先馬的冰風(fēng)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速和風(fēng)量風(fēng)壓的對(duì)比圖，可以看到隨著轉(zhuǎn)速的提高，風(fēng)扇的風(fēng)壓風(fēng)量都有所提升，當(dāng)然噪音也有所提升。
現(xiàn)在的風(fēng)扇廠商也都在宣傳同時(shí)兼顧風(fēng)量和風(fēng)壓，但在電腦散熱這種小直徑的風(fēng)扇上，還是更容易做到更高的風(fēng)壓，總體上，高端散熱風(fēng)扇也比較偏向于風(fēng)壓。
實(shí)際情況更復(fù)雜
在了解了風(fēng)壓風(fēng)量的單位后，我們***可以根據(jù)這些數(shù)值來(lái)認(rèn)真分析下，如果你是風(fēng)冷散熱器，在單塔且塔身不算厚的情況下，建議使用風(fēng)量扇，畢竟大風(fēng)量還是散熱的核心，但如果是一些鰭片布置非常密集的散熱器那一定是建議使用風(fēng)壓扇，風(fēng)壓不夠的話空氣******無(wú)法到底鰭片后半部，毫無(wú)疑問(wèn)***會(huì)影響到散熱效果。對(duì)于一體式水冷來(lái)說(shuō)，絕大多數(shù)情況下，都建議使用風(fēng)壓扇，如果是一些特制的薄冷排，也可以使用風(fēng)量扇，我找來(lái)一些360的水冷產(chǎn)品，可以發(fā)現(xiàn)，上面搭載的風(fēng)扇幾乎都是風(fēng)壓扇。
但如果是在機(jī)箱的散熱上事情***變的復(fù)雜了起來(lái)，我們此前在一篇講解風(fēng)量風(fēng)壓扇的文章里***建議風(fēng)壓做進(jìn)風(fēng)，風(fēng)量做出風(fēng)。因?yàn)闄C(jī)箱的設(shè)計(jì)千奇百怪，總體上機(jī)箱的前面板距離散熱器較遠(yuǎn)，有一些機(jī)箱在進(jìn)風(fēng)口后面***是硬盤(pán)架，甚至有些手辦愛(ài)好者還會(huì)在機(jī)箱里面放娃娃，大家不要太迷信所謂風(fēng)道，而CPU散熱器尾部和機(jī)箱尾部出風(fēng)口的距離一般是比較固定的，也不會(huì)有什么障礙物，所以我們建議前進(jìn)風(fēng)使用風(fēng)壓風(fēng)扇，出風(fēng)使用風(fēng)量風(fēng)扇，除非機(jī)箱本身是ITX或者體積比較小機(jī)箱。
總結(jié)：為了散熱，風(fēng)扇不可少
在散熱系統(tǒng)中，風(fēng)扇提供動(dòng)力，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為空氣的動(dòng)能和勢(shì)能，強(qiáng)制空氣對(duì)流，能很好的幫助目標(biāo)散熱，哪怕是只有500RPM的轉(zhuǎn)速，那也是質(zhì)的飛躍，所以，如果可以，盡量為你的散熱系統(tǒng)配上風(fēng)扇。
至于是風(fēng)量與風(fēng)壓的考慮，稍顯復(fù)雜，基本原則***是，如果風(fēng)扇提供的冷空氣達(dá)不到你需要散熱的部位，***換用更大風(fēng)壓的風(fēng)扇，否則，使用更大風(fēng)量的風(fēng)扇。當(dāng)然實(shí)際情況會(huì)復(fù)雜些，有時(shí)也可以適當(dāng)取舍，在性能、噪音、美觀等方面達(dá)到一個(gè)平衡。
總的來(lái)說(shuō)如果你想只看篇文章***找到合適的散熱方案那不太可能，電腦散熱仍然需要取舍，我見(jiàn)過(guò)不少說(shuō)自己對(duì)噪音******不在乎的人，在聽(tīng)到3000轉(zhuǎn)風(fēng)扇的怒吼后紛紛表示：還是安靜一點(diǎn)的好。而不同的機(jī)箱和硬件組合需要大量的測(cè)試和驗(yàn)證，本文主要還是基于理論方面的說(shuō)明，對(duì)于玩家自己的散熱方案僅供參考。
