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散热风扇的危险工作区域——失速区

leon2016
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       散热风扇存在一个危险工作区域,就是所谓的失速区。本文介绍这一区域的形成机理和产生危害的原因。

       散热风机的叶轮结构、尺寸都是按照额定的风量设计的,当散热风机在正常的风量工作时,气体进入叶轮的方向与叶片风量进口安装角基本一致,气体平稳地流过叶片(如下图a)。当进入叶轮的气体流量小于额定流量时,气流与叶片进口形成正冲角,即α>0,且此正冲角超过某一临界值时,叶片背面流动工况开始恶化,边界层受到破坏,在叶片背面尾端出现涡流区,即所谓“失速”现象,如图1(b)所示。冲角大于临界值越多,失速现象越严重,流体的流动阻力越大,使叶道阻塞,同时风机风压也随之迅速降低。

散热风机的失速通常是逐叶传递的。风扇在加工及安装过程中,由于各种原因,其叶片不可能有完全相同的形状和安装角。因此,当运行工况变化而使流动方向发生偏离时,在各个叶片进口的冲角就不可能完全相同。如果某一叶片进口处的冲角达到临界值时,就首先在该叶片上发生失速,这种现象继续进行下去,使失速所造成的堵塞区沿着与叶轮旋转相反的方向推进,即产生所谓的“旋转失速”现象。

当散热风机进入到不稳定工况区运行,叶轮内将产生一个到数个旋转失速区(形成的旋转失速区取决于风机工作状态、风机叶片设计以及该风机叶片之间的差异)。由于失速伴随的是气流脱离点的迁移,因此,失速区的叶片会受到激振力。于是,在旋转过程中,叶片每经过一次失速区,就会受到一次激振力的作用,当从而可使叶片产生共振。此时,叶片的动应力增加,可能致使叶片断裂。由于乱流的增加,风机的噪音表现也会同时恶化。设计者在进行风机选型时,应当尽量避免使风机处于这一位置。

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