國立勤益科技大學 冷凍空調與能源系 實務專題成果展 國立勤益科技大學 冷凍空調與能源系 實務專題成果展 小型軸流風扇研究製作 專題學生：張嘉仁 張嘉祐 李金學 吳海菱 指導教師：陸紀文 組別： 4 一、作品摘要 在電子冷卻中無論是氣冷式或水冷式或冷媒相變化式的冷卻器，小型軸流風扇為系統最為重要的元件，因水冷式或冷媒相變化式是以小型軸流風扇配熱交換器間接將熱量排至大氣，因此如何使兩者搭配後具有最佳的散熱效果，成為相當需要探討的問題。 圖2.3導葉成品 本專題配合實驗室擁有之小型風扇之設計、製作與測試之相關軟硬體設備，然因無熱交換器之製作設備，乃先以市售120 ×120 × 25 mm風扇與熱交換器之性能作分析，以選取風扇、熱交換器性能交點之最佳者作為設計參考，將設計與雕刻出風扇葉片以及可提升風扇性能之導葉，最後將風扇葉片置換市售風扇葉片連同導葉安裝於前組專題所完成之冷媒循環式CPU主動冷卻系統進行測試。 圖2.5冷媒循環CPU主動式冷卻系統 圖2.6風扇熱交換器箱體位置圖 圖2.4風扇成品 三、實驗成果 ◆風洞測試結果:自製風扇在定電壓12 V下的性能曲線與熱交換阻抗曲線的交點最大風量約為53.11 CFM，加上導葉交點約為53.3 CFM與市售風扇進行性能比較後，其工作點操作上，則較接近穩定區效能已優於同規格之風扇。 導葉 ◆本專題將自行設計之風扇、導葉搭配熱交換於冷媒循環式CPU主動冷卻系統實驗，在150 W發熱量下，自製風扇配熱交換器下實驗，加熱銅塊中心溫度(即所模擬之CPU接點溫度)為77.8℃；自製風扇、導葉配熱交換器下實驗加熱銅塊中心溫度為84.9℃。 風扇 熱交換器 圖1.2:冷媒循環式CPU主動冷卻系統 圖1.1: 熱交換器與風扇,導葉組合圖 圖3.1:系統CPU模擬器Q-T圖 圖3.2:風扇性能曲線與阻力曲線圖 二、系統說明 四、作品特色 本專題風扇設計軟體之操作條件為溫度：25˚C、濕度：67 %、入口全壓：758 mmHg，選擇的限制條件為：風壓+風量+轉速+葉輪直徑+輪轂直徑，而單一葉輪設計條件的設定值是由市售風扇經過測試台測試後，作風扇競爭產品分析後選擇性能最佳者為設計欲突破之風扇，為設計參考點，擬設計之風扇設計數值為靜風壓，用SolidWorks等繪圖軟體與設備進行風扇葉輪的雕刻製作。 (1)本專題使用自製小型軸流風扇並搭配市售風扇之扇殼與扇葉馬達，其性能超越市 售同規格性能最佳之風扇。 (2)自製小型軸流風扇匹配熱交換器並使用在冷媒循環CPU主動式冷卻系統中，且搭配市售熱交換器，經測試後優於同規格風扇搭配市售熱交換器。系統能有效排放熱源產生之熱量，為目前市面上尚未出現之獨創系統。 本專題之冷媒循環CPU主動式冷卻系統，係依照冷媒液汽相變化循環製冷原理，來針對高發熱量CPU處理器進行降溫，冷媒循環式CPU散熱系統示意圖為其系統的設計概念。此系統為一密閉負壓管路，採用FC-72冷媒為工作流體，主要元件包含冷板（蒸發器Evaporator）、CPU熱源模擬(加熱源Heater)、小型離心式泵浦（驅動泵浦Pump)、氣冷式熱交換器(冷凝器Condenser)等四種元件，構成冷媒循環CPU主動式冷卻系統。 (3)採用SMART AIFFER 設計出自製風扇加導葉後效果不佳，此次部份技術未純熟日後可為後續專題同學下一努力的目標。 (4)本專題可從小型風扇葉片的設計、製作到 測試(圖4.1,圖4.2,圖4.3)構成一完整流程，顯示系上已具備有小型軸流風扇設計技術。 圖4.2: 3D雕刻機 MDX-40 圖2.1:SolidWorks風扇導葉圖 圖2.2: 冷媒循環式散熱系統示意圖 圖4.1: SMART AIFFER 智慧型軸流扇設計軟體 圖4.3: 風扇測試台