對一台電腦來說,不管你是用空冷、一體式水冷,再或者是開放式水冷,風扇都是必要之物,而在我們介紹風扇之前,需要先了解兩個流體力學名詞。

層流:穩定且平均往同一方向流動,流速較慢,能量耗損較少;
紊流:流速增加後,流動方向開始擺動,形成不規則流動,能量耗損較大;

一般來說,我們在組裝電腦時會有 2 種較為常見的風場設計,首先當然是正壓,跟著就是負壓。所謂的正壓是指入口風扇比出口風扇流量大,這也是一般桌上型電腦較常採用的散熱方式,其優點是流場設計簡單,哪邊熱就吹那邊,至於缺點就是風扇吹不到的地方,其溫度就會較高許多;負壓較常在伺服器或者是熱密度高的設備上導入,主要是出口風扇流量比入口風扇大,優點是流場有經過設計,機殼內「大多數」元件皆可壟罩在流體範圍內,而缺點是需比正壓更高流量的風扇,噪音大,機內壓力小,灰塵易從各縫隙滲入。

負壓散熱可以吹到大多數的原件而正壓不能,這主要是因為軸流風扇利用旋轉切割空氣,產生軸向前進的空氣,風扇外圈線速度會比內圈速度更快,產生的流速度也越快,相反的,內圈線速度比較慢,流速會比較慢,白努力定律告訴我們速度快的壓力小,速度慢的壓力大,內外壓力差造成紊流,無法穩定且平均的吹到各元件上;負壓氣流受到軸流扇影響較小,雖然動能弱於正壓直吹,但屬層流可穩定讓流場涵蓋整組機殼,正壓紊流能量耗損大,不直吹無法將流場涵蓋整組機殼內。

講完負壓的優點那來講缺點,負壓風壓非常弱,如果不用高轉速風扇,流場速度會非常慢,以 ATX 大小機殼為例子來做說明,假設使用 2 顆 2000RPM 正壓 12CM 風扇(Noctua NF-A12x25 PWM),在距離入口 10cm 處還有 16Pa,但負壓距離 10cm 出口處的風壓就只剩下 6Pa。

理論大致上講完,實際要如何改善散熱方式可能是大家比較好奇,也比較想知道的,但在這之前,先說說早前在實驗室做過的入、出口壓差測試實驗。

實驗室使用 Intel Core i7-6950X 搭配 Noctua NH-D14 塔型散熱器,以及 NVIDIA GeForce GTX 1080 顯示卡進行相關實驗;PC 本身在入口處裝了 3 顆風扇進行吸風,出口處則有 2 顆風扇進行抽風,而機器放在恆溫烤箱中,在沒有開機的情況下,機器內部溫度在 28 度。

當出口流量為入口流量的 1/2 條件下會讓機殼內溫度達到最佳化,而出口流量為入口流量的 1/4,機殼內溫度會高出 4 度,至於出口風扇拔掉之後會讓機殼內溫度高出 6 度,顯然出口風扇可以讓機內流場產生牽引作用,同時牽影效果越好,散熱效果也會更佳。另一方面,沒有風扇吹的 M.2 SSD 溫度差異會更為顯著。

出口流量為入口流量的 1/2 時,M.2 SSD 待機溫度為 43 度,而出口流量為入口流量 1/4,M.2 SSD 待機溫度來到 51 度,至於出口流量降為 0 之後,M.2 SSD 的待機溫度則是來到 55 度。

就一般裝機來說,較為常見的風扇配置與流場圖提供給大家參考。

首先是單進單出,這類型屬於均壓風場。

跟著是單進 3 出負壓風場,這時候溫度會比均壓風場的表現好一些,其低壓區偏向集中在左上角,而整體流暢則會往左上偏。

接著就是 3 進單出的正壓風場配置,這時候上放進風處接近出風口,能有效降冷空氣帶入進行交換。

其實還有「前 2 進、左上 3 出」、「前 2 進,後方單出,上方 2 出」以及「前方 3 進,左上 3 出」配置,但溫度表現基本上與「3 進單出」正壓風場配置相差不遠,因此就不特別畫圖進行說明。

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