4.2. 模塊內流場的均勻程度

如圖7、8、9、10、11、12、13，它們分別是在不同距離的前提下，風扇的中截面速度分布圖。由于在建模過程中，考慮到這是風扇吹風冷卻，風扇swirl對流場的影響較大，因此在模型中打開風扇的swirl參數設置。

從下列的速度分布圖中可以看出：在吹風條件下，風扇swirl對流場的影響是非常顯著的，并且其流場的均勻程度隨風扇距散熱器間的距離有較為顯著的變化。相比較而言，在風扇距散熱器間的距離為25.0~75.0mm間，流場均勻程度與該距離的相關度較該距離為75.0~175.0mm時大。隨著距離進一步的增大，散熱器齒間和散熱器入口的流場都變得更加的均勻，散熱器的效率得到進一步的提高。當該距離達到或超過冷卻風扇的一個外形直徑時，從圖12、圖13中可以看出，在全域上可以認為流場的分布已經達到幾乎理想的狀態。

 

圖7、距離為25.0mm時風扇中截面的速度分布圖

 

圖8、距離為50.0mm時風扇中截面的速度分布圖

圖9、距離為75.0mm時風扇中截面的速度分布圖

圖10、距離為100.0mm時風扇中截面的速度分布圖

圖11、距離為125.0mm時風扇中截面的速度分布圖

圖12、距離為150.0mm時風扇中截面的速度分布圖

圖13、距離為175.0mm時風扇中截面的速度分布圖

5．結論

在實際應用中，受到產品本身結構布置、外形尺寸等相關因素的限制，冷卻風扇與散熱器間的距離不可能得到任意滿足。那么，如何合理、經濟地確定風扇與散熱器間距離的大小，如何平衡諸多因素間的矛盾呢？我們必須從引起該結果差異的原因中進行分析，找出一個折衷的方法來較為合理、經濟地確定該距離的大小。

仔細分析造成流場不均勻的原因，其關鍵的因素就是：一方面，由于實際風扇中HUB的存在，使冷卻風從風扇環形的截面吹出，從而在風扇HUB的下游區域形成不均勻地流場分布；另一方面，軸流風扇的工作原理迫使流經該風扇出口截面的流體，呈旋轉狀態流向下游。實際上，在保證流體流出風扇后一定距離的情況下，這種旋轉效果是能夠促進流體間的混合，從而形成一個比較均勻的流場分布，如圖12與圖13所示。結合圖7~圖13風扇中截面速度分布圖與溫度監控點隨距離的變化關系曲線（圖3~圖6），我們可以看出，當風扇距散熱器為一個風扇的HUB直徑時，由于HUB存在而導致的不均勻流場可以得到較大程度上的改善，雖然流場分布還是存在一定程度上的不均勻，但是表現在散熱器上功率元器件的殼溫，卻沒有顯著的變化，從而形成這一漸近的變化趨勢曲線。由此我們可以得出以下結論：

1、  風扇強迫吹風冷卻時，在冷卻風扇出口下游處，造成流場不均勻的主要因素主要是風扇HUB的存在，其次才是流體流經軸流風扇后的旋轉效應。

2、  該結構設計上，為了能夠獲得散熱器的最大散熱能力，我們必須要保證冷卻風扇出口截面與散熱器間的距離至少大于一個風扇HUB的直徑。但是，一旦該距離超過一個風扇的外形直徑后，對下游流場均勻程度的貢獻已經微乎其為，可以不用考慮該因素造成影響散熱器散熱能力這一因素。

3、  如果在結構設計上，無法保證冷卻風扇出口截面與散熱器間的距離至少大于一個風扇HUB的直徑，則必須要求在風扇與散熱器間安裝整流柵。

 

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