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CN106897524B - 一种优化风扇外框出风口结构的设计方法 - Google Patents

一种优化风扇外框出风口结构的设计方法 Download PDF

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CN106897524B CN201710114214.5A CN201710114214A CN106897524B CN 106897524 B CN106897524 B CN 106897524B CN 201710114214 A CN201710114214 A CN 201710114214A CN 106897524 B CN106897524 B CN 106897524B
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Abstract

本发明公开一种优化风扇外框出风口结构的设计方法是，涉及服务器配件设计技术领域；采用流体仿真计算方法，分析风扇外框出风口处压强场分布对风扇性能的影响，根据风扇出风口处的压强场分布的分析结果，对风扇外框出风口结构进行设计，使风扇外框出风口结构符合保留必要结构的前提下风扇性能衰减接近最小的原则，从而降低风扇出风口结构对风扇性能的影响，并可以通过风洞实际测试的方法，验证本发明的设计方法的有效性。

Description

一种优化风扇外框出风口结构的设计方法
技术领域
本发明公开一种出风口结构的设计方法，涉及服务器配件设计技术领域；，具体的说是一种优化风扇外框出风口结构的设计方法。
背景技术
目前的服务器采用系统风扇集中散热的方式，处于服务器内部的风扇通常会设计风扇外框，在实现风扇固定、热插拔的同时，还需设计外框的出风口结构。出风口结构的存在，均会对风扇的性能产生影响，使风扇的PQ曲线相比裸风扇的最佳性能PQ曲线产生一定的衰减，风扇性能的衰减，直接导致服务器的散热状况恶化，风扇功耗增加，从而降低服务器的品质。为了最大限度地减少风扇外框出风口结构对风险性能的影响，本发明提出了一种优化风扇外框出风口结构的设计方法，采用流体仿真的CAE计算方法，分析风扇外框出风口结构对风扇性能产生影响的原因；通过分析，在风扇外框出风口处，产生高静压与低静压区域交替分布的压强场分布，在风扇外框出风口结构设计中，尽可能使风扇外框出风口结构处于风扇出风口的低静压区域，从而降低风扇出风口结构对风扇性能的影响，并通过风洞实际测试的方法，验证本发明的设计方法的有效性。
CAE，Computer Aided Engineering是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。CAE软件可以分为两类：针对特定类型的工程或产品所开发的用于产品性能分析、预测和优化的软件，称之为专用CAE软件；可以对多种类型的工程和产品的物理、力学性能进行分析、模拟和预测、评价和优化，以实现产品技术创新的软件，称之为通用CAE软件。CAE软件的主体是有限元分析(FEA，FiniteElement Analysis）软件。
发明内容
本发明针对目前技术发展的需求和不足之处，提供一种优化风扇外框出风口结构的设计方法，优化风扇外框出风口设计，使其尽量减少对风扇性能的衰减，降低功耗，提高服务器的品质。
一种优化风扇外框出风口结构的设计方法，采用流体仿真计算方法，分析风扇外框出风口处压强场分布对风扇性能的影响，根据风扇出风口处的压强场分布的分析结果，对风扇外框出风口结构进行设计，使风扇外框出风口结构符合保留必要结构的前提下风扇性能衰减接近最小的原则。
所述风扇出风口处的压强场分布为高静压与低静压区域交替出现，则在风扇外框出风口结构设计中，使风扇外框出风口结构处于风扇出风口的低静压区域。
通过流体仿真计算方法，评估设计后的风扇外框出风口结构表面的压强场分布，验证风扇出风口结构是否有效的存在于风扇出风口的低静压区域。
对风扇外框出风口结构进行设计后，通过风洞流体性能测试，验证所设计的风扇外框出风口结构是否符合保留必要结构的前提下风扇性能衰减接近最小的原则。
所述风洞流体性能测试是测试裸装风扇与安装在风扇外框内的风扇的PQ曲线，通过PQ曲线的对比来判断风扇外框出风口结构对风扇性能的影响。
采用流体仿真CAE计算方法分析风扇外框出风口处压强场分布对风扇性能的影响。
一种风扇外框出风口结构，根据权利要求1至5任一项所述的设计方法设计出来，符合保留必要结构的前提下风扇性能衰减接近最小的原则。
所述出风口结构大部分面积位于风扇出风口的低静压区域，只有必要的支撑结构处于风扇出风口的高静压区域。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
本发明提供一种优化风扇外框出风口结构的设计方法，采用流体仿真计算方法，分析风扇外框出风口处压强场分布对风扇性能的影响，根据风扇出风口处的压强场分布的分析结果，对风扇外框出风口结构进行设计，使风扇外框出风口结构符合保留必要结构的前提下风扇性能衰减接近最小的原则；本发明方法优化了风扇外框出风口设计，从而降低风扇出风口结构对风扇性能的影响，使其尽量减少对风扇性能的衰减，降低功耗，提高服务器的品质，并可以通过风洞实际测试的方法，验证本发明的设计方法的有效性。
附图说明
图1风扇出风口压强场分布示意图；
图2 使用本发明方法设计的风扇出风口结构示意图；
图3是图2的压强场分布示意图；
图4裸装风扇与安装在风扇外框内的风扇各自的PQ曲线示意图；
图5本发明方法流程示意图。
具体实施方式
本发明提供一种优化风扇外框出风口结构的设计方法，采用流体仿真计算方法，分析风扇外框出风口处压强场分布对风扇性能的影响，根据风扇出风口处的压强场分布的分析结果，对风扇外框出风口结构进行设计，使风扇外框出风口结构符合保留必要结构的前提下风扇性能衰减接近最小的原则。
同时，利用本发明可以设计风扇外框出风口结构，即一种风扇外框出风口结构，根据所述的设计方法设计出来，符合保留必要结构的前提下风扇性能衰减接近最小的原则。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
利用本发明方法，采用流体仿真计算方法，比如使用CAE计算方法分析风扇外框出风口处压强场分布对风扇性能的影响，通过分析发现，在风扇出风口处，产生高静压与低静压区域交替分布的压强场分布，可以参考图1；
其中风扇出风口处压强场呈现出明显的高静压区与低静压区交替分布的特点，而高静压区域是风扇的主要出风通道，如果风扇外框出风口结构处于风扇出风口的高静压区域时，风扇外框的出风口结构会对风扇的出风产生阻挡，从而使风扇性能出现衰减，增大功耗，因此，风扇外框的出风口结构在实现对风扇出风口防护的基本要求的前提下，应尽可能使出风口结构处于风扇出风口的低静压区域，以此对风扇外框出风口结构进行设计，使风扇外框出风口结构符合保留必要结构的前提下风扇性能衰减接近最小的原则。
按照上述方法，设计一种风扇外框出风口结构，使风扇出风口结构大部分面积位于风扇出风口的低静压区域，只有必要的支撑结构处于风扇出风口的高静压区域，参考图2和图3，其中图2展现了风扇出风口结构，处于低静压区域的中心圆盘，由中心圆盘辐射出支撑条，支撑条与边框相交，边框用于固定在风扇外框出风口处，在中心圆盘与边框之间设置一个支撑圆环，使之与支撑条都尽量避免处于高静压区域。
通过流体仿真CAE计算方法，评估上述风扇外框出风口结构表面的压强场分布，验证风扇出风口结构是否有效的存在于风扇出风口的低静压区域，参考图3。
在参照本发明涉及的风扇外框出风口结构的设计方法，完成风扇出风口结构的设计后，可以风洞流体性能测试，验证利用本发明方法设计的出风口结构的有效性；
组建专业的风洞流体性能测试设备，对一款2U服务器的裸装风扇与安装在风扇外框内采用上述出风口结构的同一款风扇进行实际测试，得到PQ曲线，通过PQ曲线的对比来判断风扇外框对风扇性能的影响，通过风扇最大出风量的对比，来判断风扇外框的出风口结构对风扇性能产生的衰减量。参考图4，其中 PQ曲线在X方向的最大值代表风扇的最大出风量。通过PQ曲线的对比，表明风扇性能受到风扇外框的出风口结构影响，虽然产生一定程度的衰减，但两者性能非常接近。通过风扇最大出风量的对比，风扇最大出风量只出现了6%的衰减。而以往对不同厂商、不同型号的2U服务器的调研，风扇外框出风口结构对风扇性能会产生约20%的衰减。
因此通过实际风洞测试对比，利用本发明设计方法设计的出风口结构，能够有效地控制风扇外框的出风口结构对风扇性能的影响，最大化的保持风扇性能。
以上提供的风扇外框出风口结构仅是利用本发明方法具体实施是其中一例，用于解释说明本发明方法的技术方案，因此不能限制本发明方法的保护范围及应用。

Claims (7)

1.一种优化风扇外框出风口结构的设计方法，其特征在于采用流体仿真计算方法，分析风扇外框出风口处压强场分布对风扇性能的影响，根据风扇出风口处的压强场分布为高静压与低静压区域交替出现的分析结果，对风扇外框出风口结构进行设计，使风扇外框出风口结构处于风扇出风口的低静压区域，且符合保留必要结构的前提下风扇性能衰减接近最小的原则。
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于通过流体仿真计算方法，评估设计后的风扇外框出风口结构表面的压强场分布，验证风扇出风口结构是否有效的存在于风扇出风口的低静压区域。
3.根据权利要求1或2所述的设计方法，其特征在于对风扇外框出风口结构进行设计后，通过风洞流体性能测试，验证所设计的风扇外框出风口结构是否符合保留必要结构的前提下风扇性能衰减接近最小的原则。
4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于所述风洞流体性能测试是测试裸装风扇与安装在风扇外框内的风扇的PQ曲线，通过PQ曲线的对比来判断风扇外框出风口结构对风扇性能的影响。
5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于采用流体仿真CAE计算方法分析风扇外框出风口处压强场分布对风扇性能的影响。
6.一种风扇外框出风口结构，其特征在于根据权利要求1至5任一项所述的设计方法设计出来，符合保留必要结构的前提下风扇性能衰减接近最小的原则。
7.根据权利要求6所述的一种风扇外框出风口结构，其特征在于所述出风口结构大部分面积位于风扇出风口的低静压区域，只有必要的支撑结构处于风扇出风口的高静压区域。
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