CN207662594U - 微型散热风扇气动性能测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种微型散热风扇气动性能测试系统，由测试管路子系统、传感与数据采集子系统组成。测试管路子系统由被测风扇接口、蜂窝整流器、稳定段腔室、流量喷嘴、扩压管段、流量调节阀和辅助动力风扇组成；传感与数据采集子系统包括微差压计、温湿度计、大气压计、光电转速计、数据采集卡和计算机。被测风扇接口设计为不同开口尺寸小法兰与接口端基底法兰相结合的方式，小法兰用螺栓固定在基底法兰上，根据不同规格风扇更换合适的小法兰。流量喷嘴与扩压管段采用插拔方式连接，安装拆卸方便。数据处理模型总压和静压计算中考虑被测风扇出口的局部流动损失。本实用新型结构简单、使用维护方便、测试准确度高，能够适应不同规格的风扇测试。
Description
技术领域
本实用新型涉及风扇性能测试领域，具体为微型散热风扇气动性能测试技术。
背景技术
微型风扇是电子设备的重要散热部件，风扇气动性能对整个散热系统有直接影响，风扇气动性能曲线是生产厂家必须提供的。
对于风扇气动性能测试，美国国家标准组织通风与空调协会标准ANSI/AMCA210/ASHRAE51-2007《风扇额定性能实验的实验室方法》规定了具有单喷嘴和多喷嘴结构的各类实验装置，其气动设计及加工要求严格，计算要求较精确，在小型风机/风扇领域已被世界上先进的工业国家如美、德、法等国家和地区普遍采用。
国内对于风扇性能测试可参考GB/T1236-2000《工业通风机用标准化风道进行性能试验》。该标准主要针对常规通风机气动性能测试。由于通风机/风扇品种规格繁多，具体测试系统结构设计中需要根据被测对象进行特殊考虑。对于微型风扇气动性能测试系统，由于体积小、重量轻，测试系统结构设计可以更加灵活，不同规格的连接段/连接件设计往往可行，并且合理，这与大型装置设计是不一样的。对于被测风扇与测试管道连接方式、流量喷嘴与扩压管段连接方式等，考虑不同品种和规格被测风扇的安装更换方便。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对微型散热风扇气动性能测试特点提出一种结构简单、使用方便的测试系统设计方案，通过以下技术方案实现：
一种微型散热风扇气动性能测试系统，由测试管路、传感与数据采集、上位机软件三个子系统组成。测试管路子系统由被测风扇接口、蜂窝整流器、稳定段腔室、流量喷嘴、扩压管段、流量调节阀和辅助动力风扇组成；传感与数据采集子系统包括测量静压和流量的微差压计、温湿度计、大气压计、光电转速计、数据采集卡和计算机。
在稳定段腔室末端和流量喷嘴的喉部开有取压孔并装有取压管座，稳定段腔室末端和流量喷嘴喉部压力由取压胶管引入微差压计，第一微差压计读取稳定段腔室末端与流量喷嘴喉部之间的压差，第二微差压计读取稳定段腔室内的静压。第一微差压计、第二微差压计、温湿度计、大气压计、光电转速计测得的静压、差压、温度、湿度、大气压和风扇转速数据信号经数据采集卡采集并传输到计算机，上位机软件对所测数据进行处理得到风扇的压力-流量关系曲线。
测试管路的稳定段腔室分为两段，用法兰连接，蜂窝整流器位于稳定段腔室第一段末端。
被测风扇接口设计为不同开口尺寸小法兰与基底法兰相结合的方式，以适应不同规格的风扇测量。小法兰用螺栓方便地固定在基底法兰上。这种连接方式在实测中风扇安装拆卸非常方便，但是风扇出口气流进入测量管路产生突扩流动，必然存在较大流动损失，而静压测试点在突扩之后，为此在数据处理模型中需考虑这项损失。
流量喷嘴与扩压管段采用插拔方式连接，安装拆卸方便。
辅助动力风扇用于克服流量喷嘴及其后部管段的流动阻力，以便达到零静压和最大流量工况数据。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型微型散热风扇气动性能测试系统结构简单、使用维护方便、测试准确度高，能够适应不同规格的被测风扇。
附图说明
图1是微型散热风扇气动性能测试系统组成示意图；
图2是被测风扇接口设计示意图；
图3是流量喷嘴与扩压管段连接方式示意图；
图4是系统测量原理示意图；
1.被测风扇接口；2.蜂窝整流器；3稳定段腔室；4.流量喷嘴；5.扩压管段；6.流量调节阀；7.辅助动力风扇；8.第一微差压计；9.第二微差压计；10温湿度计；11.大气压计；12.光电转速计；13.数据采集卡；14.计算机；15.小法兰；16.基底法兰；17.稳定段腔室出口法兰。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用，并不用于限定本实用新型。
借助图4来说明本实用新型的工作原理。
风扇气动性能测试的目的是得到风扇压力-流量曲线，即需要测量得到风扇出口截面PL.2处的压强P2和体积流量Q2。其中压强分为静压Ps2和总压Pt2两种。为了方便测试，被测风扇出口直接连接在接口法兰上，没有风扇出口延长管段，无法安装风扇出口静压测点，Ps2和Pt2是根据稳定段末端截面PL.4处的静压数据和PL.2到PL.4之间流动损失推算出来的。流量方面，由于微型散热风扇出口气流速度相比音速很低，PL.2到PL.4之间距离很短，温度和压力变化很小，因此可以视为不可压缩流动，两个截面处的体积流量相同，即Q2＝Q4。
流量测量是根据节流原理，采用流量喷嘴进行流量测量，即
其中，
A6--喷嘴出口流通截面积；
β--直径比；
E--能量系数；
ρ--空气密度；
C--喷嘴流出系数。
截面PL.4处的平均流速流动压力
截面PL.2处总压：
其中，
L2,4--截面PL.2和截面PL.4之间的距离；
Le--蜂窝整流器(2)的等效长度。
公式(2)右侧第三项是管路与蜂窝整流器的摩擦阻力损失，数值很小，一般可忽略，Pj是风扇出口局部压损，ζj为局部阻力系数。因为风扇出口不是管道连接，气流以射流形式进入稳定段腔室，则此损失项必须计算。
截面PL.2处静压：
如图1-3所示，本实用新型的微型散热风扇气动性能测试系统，由测试管路子系统、传感与数据采集子系统组成。测试管路子系统由被测风扇接口1、蜂窝整流器2、稳定段腔室3、流量喷嘴4、扩压管段5、流量调节阀6和辅助动力风扇7组成；传感与数据采集子系统由第一微差压计8、第二微差压计9、温湿度计10、大气压计11、光电转速计12、数据采集卡13和计算机14组成。所述稳定段腔室3分为两段，用法兰连接，蜂窝整流器2位于稳定段腔室3第一段末端。在稳定段腔室3末端和流量喷嘴4的喉部开有取压孔并装有取压管座，稳定段腔室3末端和流量喷嘴4喉部的压力由取压胶管引入第一微差压计8，第一微差压计8读取稳定段腔室3末端与流量喷嘴4喉部之间的压差，第二微差压计9读取稳定段腔室3内的静压。第一微差压计8、第二微差压计9、温湿度计10、大气压计11、光电转速计12测得的静压、差压、温度、湿度、大气压和风扇转速数据信号经数据采集卡13采集并传输到计算机14，上位机软件对所测数据进行处理得到风扇的压力-流量关系曲线。
测试管路子系统中，被测风扇接口1设计为不同开口尺寸小法兰15与基底法兰16相结合的方式，小法兰15用螺栓方便地固定在基底法兰16上。根据不同规格的风扇选取合适的小法兰15，很容易满足不同规格的风扇的连接需要。
所述流量喷嘴4与扩压管段5采用插拔方式连接，连接处用小螺栓顶紧固定。流量喷嘴4固定在稳定段腔室出口法兰17内侧，且流量喷嘴4入口平面与稳定段腔室出口法兰17内侧平齐以保证流动平滑，减少流动损失。
所述上位机软件的数据处理模型总压和静压计算中考虑被测风扇出口进入稳定段腔室3的局部流动损失。
实际测试时可参考如下操作流程：
(1)根据被测风扇出口形状和尺寸选择合适的小法兰15，将小法兰15用螺栓固定在基底法兰16上，风扇出口与小法兰15开口对接安装好，并实施密封措施，保证风扇工作时没有气流泄漏；
(2)将用于风扇转速测量的反光纸片粘贴在风扇转动轮毂上，光电转速计12对准反光纸片；
(3)检查稳定段腔室3末端引出的静压取压胶管连接在第一微差压计8的正压端口，稳定段腔室3末端和流量喷嘴4喉部引出的取压胶管分别连接于第二微差压计9的正压和负压端口；
(4)将流量调节阀6开到最大位置，启动辅助动力风扇7；
(5)启动被测风扇；
(6)转动流量调节阀6改变流动工况，直到静压Ps4稍大于零；
(7)开始测量，根据设计好的流量测点，依次调节流量，计算机14自动采集静压、差压、温湿度、大气压、风扇转速等数据；
(8)测量完毕，计算机14自动形成压力-流量曲线等测量结果。
以上所述仅为本实用新型的较佳实例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的思路和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种微型散热风扇气动性能测试系统，由测试管路子系统、传感与数据采集子系统组成，所述测试管路子系统由被测风扇接口（1）、蜂窝整流器（2）、稳定段腔室（3）、流量喷嘴（4）、扩压管段（5）、流量调节阀（6）和辅助动力风扇（7）组成；所述传感与数据采集子系统由第一微差压计（8）、第二微差压计（9）、温湿度计（10）、大气压计（11）、光电转速计（12）、数据采集卡（13）和计算机（14）组成，其特征在于：所述稳定段腔室（3）分为两段，用法兰连接，蜂窝整流器（2）位于稳定段腔室（3）的第一段末端，在稳定段腔室（3）末端和流量喷嘴（4）的喉部开有取压孔并装有取压管座，稳定段腔室（3）末端和流量喷嘴（4）喉部的压力由取压胶管引入第一微差压计（8），第一微差压计（8）读取稳定段腔室（3）末端与流量喷嘴（4）喉部之间的压差，第二微差压计（9）读取稳定段腔室（3）内的静压，第一微差压计（8）、第二微差压计（9）、温湿度计（10）、大气压计（11）、光电转速计（12）经数据采集卡（13）后连接到计算机（14）。
2.如权利要求1所述的微型散热风扇气动性能测试系统，其特征在于：测试管路子系统中，被测风扇接口（1）设计为不同开口尺寸小法兰（15）与基底法兰（16）相结合，小法兰（15）用螺栓固定在基底法兰（16）上。
3.如权利要求1所述的微型散热风扇气动性能测试系统，其特征在于：所述流量喷嘴（4）与扩压管段（5）采用插拔方式连接，连接处用小螺栓顶紧固定。
4.如权利要求1所述的微型散热风扇气动性能测试系统，其特征在于：所述流量喷嘴（4）固定在稳定段腔室出口法兰（17）内侧，且流量喷嘴（4）入口平面与稳定段腔室出口法兰（17）内侧平齐。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111239586A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-05 | 西安交通大学 | 一种环境可控的微型测试系统 |
| CN111677683A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-09-18 | 中国计量大学 | 一种基于流量补偿法的微型风扇气动性能测试方法及装置 |
| CN114136115A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-04 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局 | 闭式冷却塔辅助冷却方法及装置 |
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2017
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