關于散熱風扇風量與風壓的介紹，網上早已是一搜一大把，也是個老生常談的問題，但是在圈内能把這個問題說清楚的真的是寥寥無幾，畢竟專業不一樣，隔行如隔山。最近在研究風量風壓的測試裝置，補了很多課，突然覺得以前對風量風壓的認識真的很膚淺，有必要重新聊聊這個老話題。

空氣之所以能夠流動，必定是因為系統中存在有能量差，我們常見的直流散熱風扇中，空氣從旋轉的葉片中獲得能量，從而形成風流。風流中的能量通常是以壓力的形式來表現（當然還有内能是以熱的方式存在），在風流中的任一點，它存在能量形式通常有靜壓能、動能和位能，分别可以用靜壓、動壓和位壓來呈現。在日常狀态下，由于空間有限及空氣的密度較小，位壓可以忽略。

這中間的靜壓和動壓，就和今天的主題密切相關了。

實際上風扇作用下的氣流是呈螺旋式前行的，并非直線（圖片取材Noctua）

為什麼風量大風壓就得小？

散熱風扇将電能轉化為電磁能，再轉化為扇葉的機械能，然後傳遞給空氣，使之轉化為靜壓和動壓。靜壓就是俗稱的風壓（這個不太規範，因為風壓還包含有動壓），而風量是動壓最直觀的表達方式，它們之間是有公式能相互演算的（風量 = 系數 * 動壓^1/2），對于一個散熱風扇來說，它的空氣功率（扇葉轉化過來的能量）為：

風扇空氣功率 = k * 風量 * 風壓

這說明什麼問題？對于設計好的風扇，它的最大空氣功率是受制于電機功率及轉換效率的，所以，當風量增大時，風壓就得減小，風壓要加大時，風量就得變小。但是空氣功率還和工作環境息息相關，風量和風壓的大小并不是個簡單的負線性關系。

這是從宏觀上來解釋這個問題，實際上在風流中的每一個點上，風量與風壓也是此消彼漲，為了能更好的說明這個問題以及下文的需要，咱們還是先看看伯努利原理。

無處不在的伯努利原理

伯努利原理：在水流或氣流裡，如果流體速度小，壓強就大，如果速度大，壓強就小。它也可以這樣來描述：

這就是伯努利方程，其中p為流體中某點的壓強，v為該點的流速，ρ為流體密度，g為重力加速度，h為該點所在高度，它們分别對應我們開始說的靜壓能、動能和位能，C是一個常量。 也就是說，流體中任意一點的能量是相等的，如果不考慮位能，它也可以寫成這樣：

靜壓 動壓 = 總壓 = 常數

這也能解釋，風流中某一點上風量與風壓的變化關系，同場景下，當流速越大，風量也就越大，動壓也就越大，那麼靜壓就會越小，反之，當流速越小，風量也就越小，動壓也就越小，那麼靜壓就會越大，因為每點上的總壓是恒定的。

日常生活中，有非常多的現象符合伯努利原理，比如車太快會容易飄、地鐵站需要安全線等，最有名的案例是飛機為什麼會飛，但這是個錯誤的例證。

還是來看看七個金球得主Messi的香蕉任意球，一定程度上也可以用伯努利原理來解釋（當然用馬格努斯效應更合理）。

足球在氣流中運動時，如果其旋轉的方向與氣流方向相同，相同方向的一側氣流速度會加快，另一側則是逆流而行，受到的摩擦力會更大，氣流速度下降，這樣造成一側壓力小，一側壓力小，便會産生一個與運行方向垂直的力，使得球體偏離原本的方向，最終足球的飛行軌迹就變成了一條弧線。

風量：系統阻抗越低風量就越高

風量這個概念比較容易理解，指的是單位時間的體積流量，最簡單的計算方式就是 Q=vA，v為流體速度，A為流過的面積。散熱風扇中風量單位通常為CFM（cubic feet per minute，立方英尺每分鐘），也有用m³/h等單位的。

我們常注意到風扇規格中基本上會有一個“最大風量”的參數，它指的是風扇在系統阻抗為0的情況下輸出的風量。

那何為系統阻抗？

簡單來說，系統阻抗是裝置系統内部空氣流動的阻力，阻抗越低流速就越快風量也就越高。比如說一個空機箱，它的阻抗接近于0，當你安裝上顯卡等部件時，系統阻抗就會加大。對于一個散熱器來說，鳍片越密集、單個鳍片面積越大，阻抗越大，一般情況下，冷排的阻抗要大于風冷散熱器的阻抗。

工業中通常用流體從大管到小管引起的壓力差，再通過伯努利方式來計算流量，比如我們自己制作的風量風壓測試裝置就是通過孔闆流量計的方式來測量風量。

在一個系統中，風量并非一成不變的，比如機箱風扇的進風量，會根據你機箱内部的情況（系統阻抗）而發生改變，正常來說，一個系統的風量要求是越高越好。

靜壓：克服系統阻抗的能力

在伯努利方程中，p表示風流中的靜壓，廠商通常用Static Pressure（靜壓）來描述，隻要有空氣存在，靜壓就會存在，在理想狀态下，我們常說的大氣壓就是大自然施加給我們的靜壓！ 它的單位通常為mmH₂O、pa等。

在一些風扇規格參數中，一般少不了“最大靜壓”這一項，那麼它到底有啥意義？

從理論上講，空氣分子都在做無規則的熱運動，空氣分子熱運動不斷地撞擊器壁所呈現的壓力（壓強）稱為靜壓。但這樣的解釋相信很多人還是懵逼狀态。不如來看下面這張圖：

系統阻抗達到最大，靜壓也達到最大

當一個風扇向一個密閉的容器進風時，空氣進入到容器無處可逃，導緻對器壁的壓力（靜壓）增大，并達到此風扇最大的空氣功率，根據伯努利方程，此時氣體的流速為0，也就是動壓為0，靜壓達到最大值，這個時候的靜壓稱為“最大靜壓”。

靜壓其實就是克服送風行程中系統阻抗的能力，當系統阻抗超過最大靜壓時，動壓為0，風量也就為0了，送風失敗，當系統阻抗為0時，靜壓為0，動壓達到最大，風量達到最大輸出。當然這兩種情況在實際應用中基本上不會出現。

同樣，在一個系統中，靜壓并非一成不變的，它随着系統的阻抗增大而增大。最大靜壓和最大風量是不可能同時出現的，在設計風扇時，主風量還是主風壓，隻能選一頭，要想兩者都提升，那隻能提升電機功率和轉換效率了，直接的措施就是提高轉速，大風量高風壓高轉速的暴力扇就是這樣選擇的産品。

P-Q曲線：比參數更為重要

我在前面反複強調，風扇的風量與靜壓并不是固定的，會随着系統阻抗的變化而變化，實際風量和靜壓由阻抗決定。在不同靜壓（阻抗）下得到不同的風量，根據這些數值可以繪制一條關于靜壓與風量關系的P-Q曲線，P表示靜壓，Q代表風量，可用來描述風扇的特性，也就是常說的散熱風扇特性曲線。

在上圖中，風扇A與B有相同的最大靜壓和最大風量，但是A比B更好，A的曲線整體“包圍”了B的曲線，無論是同風量還是同靜壓下，A的性能都要好過B。

當然實際上不太可能有這樣兩條“完美”的曲線，但怎麼樣的曲線才算比較好呢？一般而言，P-Q曲線與X軸Y軸包圍的面積是越大越好，但這也并不是能100%的保證，如果能結合系統阻抗曲線會得到更合理選擇與分析，比如：

相近噪音下幾款貓頭鷹風扇的P-Q曲線（來源Noctua）

上圖一共有六條曲線，其中三條彩色線為三款風扇的特性曲線，另外三條虛線為不同系統阻抗的曲線（模拟風扇作為機箱風扇、風冷散熱器風扇及水冷冷排風扇這三種應用場景下的系統阻抗），風扇的P-Q特性曲線和系統阻抗曲線的交點為工作點，也就是風扇會以工作點對應的靜壓和風量運作（因為靜壓就是用來克服阻抗的嘛）。

可以看到，冷排的阻抗最大，風冷散熱器次之，機箱的阻抗最低，NF-F12風扇提供了最大靜壓，NF-S12A有着最大的風量，那該如何選擇風扇呢？其實很簡單，同一條阻抗曲線上，選擇工作點風量最大的産品，所以NF-A12在三種場景下，都是最好的選擇，即使它的最大風量不是第一，最大靜壓也不是最好。

這也充分說明，風扇的規格參數僅供參考，更為重要的風扇的P-Q特性曲線，不過目前各品牌風扇提供P-Q曲線的還比較少。

避開風扇的失速區

散熱風扇存在一個危險工作區域，就是所謂的失速區，在這個區域氣流動蕩，風扇效能下降，一般來說，要盡量避免工作點在失速區内。如果你有P-Q特性曲線，曲線凹陷明顯的地方通常就是該風扇的失速區。

失速區的P-Q曲線下凹（圖片取材于Noctua）

當系統阻抗較高時，容易此起失速和氣流分離現象。主要是因為系統阻抗高時，風扇會形成很高的靜壓，但是如果進氣不足，扇葉吸氣面空氣的速度會慢慢減小，并在高靜壓的作用下，氣流的邊界層受到破壞，在葉片尾端出現渦流區，空氣可能會直接脫離葉片表面引起氣流動蕩噪音增大，即所謂“失速”現象，在P-Q曲線上的表現就是出現凹陷。

總結

1、靜壓是用來克服系統阻抗的；

2、實際風量與靜壓由系統阻抗決定，阻抗越大，靜壓就越大，風量就越小；

3、想要風量大靜壓也大，隻能提高轉速；

4、P-Q曲線比參數更重要，曲線與坐标軸組成的面積越大相對越好。

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