優(yōu)化葉型安裝角，降低ＣＰＵ風(fēng)扇噪音

夏征盛

摘要：隨著計(jì)算機(jī)的普及，計(jì)算機(jī)帶來的噪聲污染也給我們生活帶來了諸多不變。計(jì)算機(jī)的噪聲主要來自于CPU制冷風(fēng)扇，而設(shè)計(jì)人員一直未對(duì)風(fēng)扇的低噪音設(shè)計(jì)引起足夠的重視，致使近年來CPU的速度雖然有大幅度的提高，但是噪聲污染并沒有顯著下降。文章對(duì)此進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：噪聲污染；CPU制冷風(fēng)扇；計(jì)算機(jī)工業(yè)

中圖分類號(hào)：TN306 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-1145（2009）05-0158-02

一、概述

隨著計(jì)算機(jī)工業(yè)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)已經(jīng)進(jìn)入到我們生活、工作的各個(gè)領(lǐng)域。但是隨著計(jì)算機(jī)的普及，計(jì)算機(jī)帶來的噪聲污染也給我們生活帶來了諸多不變。計(jì)算機(jī)的噪聲主要來自于CPU制冷風(fēng)扇，而設(shè)計(jì)人員一直未對(duì)風(fēng)扇的低噪音設(shè)計(jì)引起足夠的重視，致使近年來CPU的速度雖然有大幅度的提高，但是噪聲污染并沒有顯著下降。

影響CPU冷卻風(fēng)扇噪聲的因素主要包括以下兩點(diǎn)：風(fēng)扇本身的幾何參數(shù)和風(fēng)扇的工作環(huán)境。風(fēng)扇本身的幾何參數(shù)有：葉片數(shù)、輪轂比、葉型安裝角、轉(zhuǎn)速、葉片不等夾角布置、葉型和前傾；工作環(huán)境的影響體現(xiàn)在：空氣流量、葉尖速度、氣流阻力、風(fēng)圈直徑等。

本文主要從葉型的安裝角出發(fā)，利用CFD仿真分析軟件FLUENT對(duì)CPU冷卻風(fēng)扇進(jìn)行氣動(dòng)性能仿真，在保證流量

的同時(shí)，采用LES（大渦仿真）模型進(jìn)行噪聲仿真，監(jiān)測(cè)風(fēng)扇的噪聲，從而找到降低噪聲的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

二、仿真分析

選擇某款CPU的制冷風(fēng)扇，原風(fēng)扇葉型安裝角為17°，通過改變?nèi)~型安裝角來分析葉型安裝角對(duì)風(fēng)扇性能的影響。分六種情況進(jìn)行分析，葉型安裝角分別為11°、14°、20°、23°、26°、29°。為簡(jiǎn)化起見，將它們分別記為11°安裝角風(fēng)扇、14°安裝角風(fēng)扇、20°安裝角風(fēng)扇、23°安裝角風(fēng)扇、26°安裝角風(fēng)扇、29°安裝角風(fēng)扇。

葉型安裝角為11°時(shí)，流場(chǎng)分析在迭代了873次后收斂，監(jiān)測(cè)面質(zhì)量流率為0.1505kg/s，質(zhì)量流率收斂曲線如圖1-1所示；監(jiān)測(cè)點(diǎn)A聲級(jí)為73.78dB（A），該點(diǎn)1/3倍頻程頻譜圖如圖1-2所示。

葉型安裝角為14°時(shí)，流場(chǎng)分析在迭代了779次后收斂，監(jiān)測(cè)面質(zhì)量流率為0.2442kg/s，質(zhì)量流率收斂曲線如圖2-1所示；監(jiān)測(cè)點(diǎn)A聲級(jí)為73.27dB（A），該點(diǎn)1/3倍頻程頻譜圖如圖2-2所示。

葉型安裝角為20°時(shí)，流場(chǎng)分析在迭代了726次后收斂，監(jiān)測(cè)面質(zhì)量流率為0.4182kg/s，質(zhì)量流率收斂曲線如圖3-1所示；監(jiān)測(cè)點(diǎn)A聲級(jí)為69.99dB（A），該點(diǎn)1/3倍頻程頻譜圖如圖3-2所示。

葉型安裝角為23°時(shí)，流場(chǎng)分析在迭代了708次后收斂，監(jiān)測(cè)面質(zhì)量流率為0.5026 kg/s，質(zhì)量流率收斂曲線如圖4-1所示；監(jiān)測(cè)點(diǎn)A聲級(jí)為73.50dB（A），該點(diǎn)1/3倍頻程頻譜圖如圖4-2所示。

葉型安裝角為26°時(shí)，流場(chǎng)分析在迭代了723次后收斂，監(jiān)測(cè)面質(zhì)量流率為0.5823kg/s，質(zhì)量流率收斂曲線如圖5-1所示；監(jiān)測(cè)點(diǎn)A聲級(jí)為75.78dB（A），該點(diǎn)1/3倍頻程頻譜圖如圖5-2所示。

葉型安裝角為29°時(shí)，流場(chǎng)分析在迭代了667次后收斂，監(jiān)測(cè)面質(zhì)量流率為0.6572kg/s，質(zhì)量流率收斂曲線如圖6-1所示；監(jiān)測(cè)點(diǎn)A聲級(jí)為78.58dB（A），該點(diǎn)1/3倍頻程頻譜圖如圖6-2所示。

不同葉型安裝角時(shí)風(fēng)扇質(zhì)量流率和A聲級(jí)值見表1-1。

根據(jù)上述仿真分析結(jié)果，將葉型安裝角與質(zhì)量流率和A聲級(jí)噪聲的關(guān)系以圖表的形式繪出，分別見圖7-1、7-2。

從圖7-1可以看出，質(zhì)量流率隨葉型安裝角的增大成近乎線性增加，葉型安裝角每增大3°，質(zhì)量流率大約增加0.085kg/s；從圖7-2可以看出，A聲級(jí)噪聲在葉型安裝角小于20°時(shí)呈下降趨勢(shì)，在葉型安裝角大于20°時(shí)，A聲級(jí)噪聲急劇上升，所以在對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)可以找到一噪聲最低點(diǎn)。

三、結(jié)論

從以上分析可以看出，質(zhì)量流率隨著葉型安裝角的增大而線性增多，A聲級(jí)噪聲隨著葉型安裝角的增大而出現(xiàn)波動(dòng)狀態(tài)，葉型安裝角從11°增大時(shí)，A聲級(jí)噪聲減??；葉型安裝角20°附近達(dá)到最小值，爾后葉型安裝角再繼續(xù)增大時(shí)，A聲級(jí)隨著一起增大。因?yàn)樵L(fēng)扇葉型安裝角為17°，所以在對(duì)原風(fēng)扇進(jìn)行噪聲優(yōu)化時(shí)，可以適當(dāng)?shù)卦龃笕~型安裝角。

參考文獻(xiàn)

[1]鐘芳源主編譯．葉片機(jī)械風(fēng)機(jī)和壓氣機(jī)氣動(dòng)聲學(xué)譯文集[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，1987．

[2]任玉新，陳海昕．計(jì)算流體力學(xué)基礎(chǔ)[M]．清華大學(xué)出版社，2006．

[3]王福軍．計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析——CFD軟件原理與應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，2004．

[4]韓占忠，王敬，蘭小平．FLUENT流體工程仿真計(jì)算實(shí)例與應(yīng)用[M]．北京理工大學(xué)出版社，2005．