CN206877265U - 一种用于高性能cpu的新型无叶风扇散热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于高性能CPU的新型无叶风扇散热器，包括风力产生装置和风量扩增装置，风力产生装置包括主板固定底座，在底座上设有风扇和风向导引管，风扇将外界空气由风向导引管进风口通过风向导引管吹向风向导引管出风口，风量扩增装置包括密封连接座、一对空气射流发生器和风速～风量转换通道，在密封连接座的另一端对称设有一对空气射流发生器，两个空气射流发生器的壳体相对应的外立面所形成的空隙为风速～风量转换通道，在两个空气射流发生器壳体的外立面分别设有与通道相垂直的条形射流口，两个条形射流口对称设置在风速～风量转换通道进风口一端。它具有制造成本较低、节能效果好、散热效率高、便于安装等特点。

Description

一种用于高性能CPU的新型无叶风扇散热器

技术领域

本实用新型涉及风扇制冷技术领域。

背景技术

CPU的性能最大的限制是其过热降频的问题，虽然随着近几年加工工艺的发展，14nm级别工艺的CPU陆续上市，同性能CPU的功率越来越低，但对于高性能的个人CPU与服务器级CPU，以及小型化的潮流，散热仍是一个亟待解决的问题。

目前市面上CPU散热器以风冷、水冷为主，但它们针对高功耗的CPU的强化散热的思路都较为单一：比如增多热管，增大风扇，增加液体流量等，虽然一定程度上能强化散热，但受限于机箱尺寸的问题，不可能无限制地通过增大散热器体积来与工质流量来解决高功耗CPU的散热问题，更不用说水冷散热器还有噪音高，安全性差，寿命短等问题。虽然有液氮冷却这种极其高效的解决方法，但价格昂贵，维护成本高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于高性能CPU的新型无叶风扇散热器，它具有制造成本较低、节能效果好、散热效率高、便于安装等特点。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种用于高性能CPU的新型无叶风扇散热器，包括风力产生装置和风量扩增装置，风力产生装置包括主板固定底座，在底座上设有风扇和风向导引管，风扇将外界空气由风向导引管进风口通过风向导引管吹向风向导引管出风口，风量扩增装置包括密封连接座、一对空气射流发生器和风速～风量转换通道，密封连接座的一端与风向导引管的出风口密封连接，在密封连接座的另一端对称设有一对空气射流发生器，空气射流发生器包括壳体，壳体内腔为空气积聚室，在密封连接座上设有空气积聚室的进气口，两个空气射流发生器的壳体相对应的外立面所形成的空隙为风速～风量转换通道，两个外立面的一端为风速～风量转换通道进风口，两个外立面的另一端为风速～风量转换通道出风口，风速～风量转换通道为出风口宽、进风口窄的发散型通道，在两个空气射流发生器壳体的外立面分别设有与通道相垂直的条形射流口，两个条形射流口对称设置在风速～风量转换通道进风口一端，两个条形射流口设有可使所喷射的气流朝向风速～风量转换通道出风口端喷射的导流结构。

本实用新型进一步改进在于：

两个条形射流口的结构相同：包括第一导流曲面和第二导流曲面，第一导流曲面与第二导流曲面均由空气积聚室内部向通道出风口端方向平滑过渡至壳体的外立面，两个导流曲面之间的空隙形成条形射流口；第一导流曲面与第二导流曲面为条形射流口设有的导流结构。

两个条形射流口的出口面积与风扇产生的风量比值为0.696～1.299㎡：1 cm³/min。

风速～风量转换通道进风口的宽度：条形射流口长度：风速～风量转换通道长度＝200：7：250；第一导流曲面与第二导流曲面的曲率半径为13mm～ 18mm。

形成空隙为风速～风量转换通道7的两个外立面相互对称，条形射流口位于外立面的端部，外立面由进风口端至出风口端依次由扩散面和收缩面组成，扩散面和收缩面的长度比为3:1，两个扩散面和收缩面所形成风速～风量转换通道的扩散角和收缩角均为20°。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1)本实用新型通过风力产生装置所产生的风经风量扩增装置进行风速～风量转换，相比普通风扇，在相同的进风量与功耗的条件下，出风速度更快。这也意味着在相同条件下使用无叶风扇的散热器对流换热更强，相较于普通风冷散热器，能够产生相对于普通散热扇几倍的风量从而更加有效地散热，本实用新型所适用的CPU功率上限更高，更加节能，小型化更方便。而相比水冷散热器，安全性与可靠性更高，对于追求稳定的服务器来说，这是十分必要的。

2)在底座上设有风扇和风向导引管，风扇将外界空气由风向导引管进风口通过风向导引管吹向风向导引管出风口，将风扇置于风向导引管内，由于扇叶没有暴露在设备外表面，因此不存在积灰问题。

3)两个空气射流发生器的壳体相对应的外立面所形成的空隙为风速～风量转换通道，两个条形射流口对称设置在风速～风量转换通道进风口一端，通过两个条形射流口所喷射的气流带动周围空气循环，相对于普通风冷散热器扩大了空气流动范围，能够同时兼顾塔式散热器和下吹式散热器的优点，在给cpu散热的同时能够兼顾其周围元件的散热。

4)制造成本较低，节能效果好，安装简单。

5)利用科恩达效应对两个条形射流口所喷射的气流进行导向，减少能量损失，同时避免产生热量使气流温度升高。

因此，本实用新型具有它具有制造成本较低、节能效果好、散热效率高、便于安装等特点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1中风力产生装置的结构示意图；

图3是图1中风量扩增装置的结构示意图；

图4是图1中空气射流发生器的结构示意图；

图5是本实用新型的风速～风量转换示意图。

在附图中：1、主板固定底座；2、风扇；3、风向导引管；4、风向导引管进风口；5、密封连接座；6、空气射流发生器；6-1、壳体；6-2、空气积聚室；6-3、条形射流口；6-3-1、第一导流曲面；6-3-2、第二导流曲面；6-4、扩散面；6-5、收缩面；7、风速～风量转换通道。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。

由图1-4所示的实施例可知，本实施例包括风力产生装置和风量扩增装置，风力产生装置包括主板固定底座1，在底座1上设有离心式风扇2和风向导引管3，风扇2将外界空气由风向导引管进风口4通过风向导引管3吹向风向导引管出风口，风量扩增装置包括密封连接座5、一对空气射流发生器6和风速～风量转换通道，密封连接座5的一端与风向导引管3的出风口密封连接，在密封连接座5的另一端对称设有一对空气射流发生器6，空气射流发生器6包括壳体6-1，壳体6-1内腔为空气积聚室6-2，在密封连接座5上设有空气积聚室6-2的进气口，两个空气射流发生器6的壳体6-1相对应的外立面所形成的空隙为风速～风量转换通道7，两个外立面的一端为风速～风量转换通道进风口，两个外立面的另一端为风速～风量转换通道出风口，风速～风量转换通道为出风口宽、进风口窄的发散型通道，在两个空气射流发生器壳体的外立面分别设有与通道7相垂直的条形射流口6-3，两个条形射流口6-3对称设置在风速～风量转换通道进风口一端，两个条形射流口6-3设有可使所喷射的气流朝向风速～风量转换通道出风口端喷射的导流结构。

两个条形射流口6-3的结构相同：包括第一导流曲面6-3-1和第二导流曲面6-3-2，第一导流曲面6-3-1与第二导流曲面6-3-2均由空气积聚室6-2内部向通道出风口端方向平滑过渡至壳体6-1的外立面，两个导流曲面之间的空隙形成条形射流口6-3；第一导流曲面6-3-1与第二导流曲面6-3-2为条形射流口6-3设有的导流结构。利用科恩达效应对两个条形射流口所喷射的气流进行导向，减少能量损失，同时避免产生热量使气流温度升高。

两个条形射流口6-3的出口面积与风扇2产生的风量比值为1.129㎡：1cm ³/min。

风速～风量转换通道进风口的宽度：条形射流口6-3长度：风速～风量转换通道长度＝200：7：250；第一导流曲面6-3-1与第二导流曲面6-3-2的曲率半径为14mm。

形成空隙为风速～风量转换通道7的两个外立面相互对称，条形射流口 6-3位于外立面的端部，外立面由进风口端至出风口端依次由扩散面6-4和收缩面6-5组成，扩散面6-4和收缩面6-5的长度比为3:1，两个扩散面6-4和收缩面6-5所形成风速～风量转换通道7的扩散角和收缩角均为20°。

工作原理：

底座1上的离心式风扇2，将外界空气由风向导引管进风口4通过风向导引管3吹进两个空气射流发生器6的空气积聚室6-2内，将在风速～风量转换通道7内，两个条形射流口6-3将气流由通道进风口端喷向通道出风口端，它将夹带着通道进风口端周边空气一起向前(如图5所示)；同时通道进风口端前部的气压会降低，并导致更多的空气加入以平衡气压。由于条形射流口 6-3的射流气体会带动周围气体，因此最后的速度相对于射流速度会小很多。在通道出风口前端1m处整个风区风量将达到15倍左右，但是将本装置布置在距热管0.1m处，由于大部分的风量是由风扇后部空气补充的，此时风速～风量转换通道7出风量为普通相同功率风扇的10倍左右。利用飞机涡轮发动机原理，离心式风扇2将风吹两个空气射流发生器6中，伴随大气压力作用，风向导引管进风口4处会自动进风并且在大气压力下使进气速度加大，能够兼顾其周围元件的散热。

理论计算：

假设最后时刻远场出风稳定，气体为理想状态，此刻满足动量守恒定律。如图5所示各处动量，质量等相关物理量，

P₁＝M₁×v_slit＝(ρ·Δt·S_slit·v_slit)×v_slit (1)

P₂＝M₂×v₂ (3)

P₃＝M₃×v₃ (4)

其中P₁，P₂与P₃均为初始动量,分别为条形射流口处初始动量，后部流体初始动量以及通风道出口流体初始动量。v_slit为条形射流口初始速度，v₂，v₃分别为后部流体初始速度，周围流体初始速度，v₂＝v₃＝0，因为其初速度均为 0。S_slit为条形射流口面积，M₁，M₂，M₃分别是条形射流出口处空气质量，后部流体质量，通风道出口流体质量，E₁为条形射流出口处动能。

流动稳定之后各股流体汇集成同一股流体速度为v₄，根据动量守律：

P₁+P₂+P₃＝P₁+0+0＝P₄＝M₄×v₄＝(ρ·Δt·S₄·v₄)×v₄ (5)

其中，v₄为远场稳定流场速度，ρ为空气密度，Δt为空气运行全路径的时间，S₄为远场稳定流场面积，M₄为远场稳定流场空气质量，P₄为远场稳定流体动量，E₄为远场稳定处动能。

由于P₁＝P₄，得出：

(S_slit×v_slit×v_slit＝(S₄×v₄×v₄) (7)

而v_slit＞v₄，根据公式(2)与(5)，(6)可以得到：

E₁/E₄＝v_slit/v₄ (8)

由于v_slit＞v₄，说明狭缝气体将动量传递给周围空气时，伴随着能量的损失与耗散。Q₁与Q₄为质量流量，Q₁为条形射流出口的质量流量，因为在叶轮内部遵循伯努利方程，因此Q₁同样也等同于基座小孔处的进风量；Q₄为混合流体质量流量，即为出风的质量流量。将增大倍率定义为K，其计算公式如下所示：

K＝Q₁/Q₄＝(ρ×S_slit×v_slit)/(ρ×S_slit×v_slit) (9)

根据公式(7)与(9)，可以得出

K＝Q₁/Q₄＝v_slit/v₄ (10) 。

Claims (5)

1.一种用于高性能CPU的新型无叶风扇散热器，其特征在于：包括风力产生装置和风量扩增装置，所述风力产生装置包括主板固定底座(1)，在所述底座(1)上设有风扇(2)和风向导引管(3)，所述风扇(2)将外界空气由风向导引管进风口(4)通过风向导引管(3)吹向风向导引管出风口，所述风量扩增装置包括密封连接座(5)、一对空气射流发生器(6)和风速～风量转换通道，所述密封连接座(5)的一端与所述风向导引管(3)的出风口密封连接，在所述密封连接座(5)的另一端对称设有一对空气射流发生器(6)，所述空气射流发生器(6)包括壳体(6-1)，所述壳体(6-1)内腔为空气积聚室(6-2)，在所述密封连接座(5)上设有空气积聚室(6-2)的进气口，两个所述空气射流发生器(6)的壳体(6-1)相对应的外立面所形成的空隙为风速～风量转换通道(7)，两个所述外立面的一端为风速～风量转换通道进风口，两个所述外立面的另一端为风速～风量转换通道出风口，所述风速～风量转换通道为出风口宽、进风口窄的发散型通道，在两个所述空气射流发生器壳体的外立面分别设有与所述通道(7)相垂直的条形射流口(6-3)，两个所述条形射流口(6-3)对称设置在所述风速～风量转换通道进风口一端，两个所述条形射流口(6-3)设有可使所喷射的气流朝向所述风速～风量转换通道出风口端喷射的导流结构。

2.根据权利要求1所述的一种用于高性能CPU的新型无叶风扇散热器，其特征在于：两个所述条形射流口(6-3)的结构相同：包括第一导流曲面(6-3-1)和第二导流曲面(6-3-2)，所述第一导流曲面(6-3-1)与所述第二导流曲面(6-3-2)均由所述空气积聚室(6-2)内部向所述通道出风口端方向平滑过渡至所述壳体(6-1)的外立面，两个所述导流曲面之间的空隙形成所述条形射流口(6-3)；所述第一导流曲面(6-3-1)与所述第二导流曲面(6-3-2)为所述条形射流口(6-3)设有的导流结构。

3.根据权利要求2所述的一种用于高性能CPU的新型无叶风扇散热器，其特征在于：两个所述条形射流口(6-3)的出口面积与所述风扇(2)产生的风量比值为0.696～1.299㎡：1cm³/min。

4.根据权利要求3所述的一种用于高性能CPU的新型无叶风扇散热器，其特征在于：所述风速～风量转换通道进风口的宽度：所述条形射流口(6-3)长度：所述风速～风量转换通道长度＝200：7：250；所述第一导流曲面(6-3-1)与所述第二导流曲面(6-3-2)的曲率半径为13mm～18mm。

5.根据权利要求4所述的一种用于高性能CPU的新型无叶风扇散热器，其特征在于：形成所述空隙为风速～风量转换通道(7)的两个外立面相互对称，所述条形射流口(6-3)位于所述外立面的端部，所述外立面由进风口端至出风口端依次由扩散面(6-4)和收缩面(6-5)组成，所述扩散面(6-4)和收缩面(6-5)的长度比为3:1，两个所述扩散面(6-4)和收缩面(6-5)所形成风速～风量转换通道(7)的扩散角和收缩角均为20°。