Page 32 - 《应用声学》2020年第2期

190 2020 年 3 月

选择动静叶片数可以获得可观的降噪效果 [7] 。而在
0 引言
散热风扇领域，基于管道声学理论的管道模态截止
随着科学技术的发展，计算机服务器和通讯路 方法进行降噪的讨论鲜见报道。
由器机柜在工业和生活领域被广泛应用。由于机柜 根据散热风扇的结构特点，如果为散热风扇安
中电子器件排列紧密导致热流密度大，需要多个变 装一段短管，使对应离散频率噪声的主要周向声模
速轴流散热风扇串联或并联强制对流换热保证设 态得到抑制和衰减，可以带来较好的降噪效果。本
备的正常运行。散热风扇通常转速较高且多个风扇 文首先对散热风扇远场噪声特性进行测量，分析了
同时运转使气动噪声超过限值。此外，机柜狭小的 散热风扇远场噪声分布和频谱特征。然后，利用双
空间也会对散热风扇气动噪声产生不利影响 [1−2] ， 均布测点方法 [19] 准确识别风扇进出风口周向声模
因此如何有效地降低散热风扇气动噪声是一个亟 态。基于管道声学理论的管道模态截止方法，通过
待解决的问题。 在风扇进出口加装圆形短管实验研究短管对风扇
散热风扇结构紧凑，包含动叶片、上游或下游 气动噪声的控制作用，实现风扇有效的降噪。通过
支撑、导流罩以及矩形外边框，且具有较大的顶隙叶 模态和频谱实验测量，揭示了加装管道前后风扇不
径比，相比一般轴流风扇具有更复杂的噪声特性 [3] 。 同周向声模态和远场辐射噪声成分的变化规律，分
散热风扇主要噪声源为动静干涉或动叶与进气畸 析了风扇总声压级降噪机理。
变干涉产生的叶片非定常气动力 [4−7] ，噪声源阶次
1 研究对象和研究方法
主要为偶极子源。在噪声频谱上表现为叶片通过频
率 (Blade passing frequency, BPF) 及其谐波的离
1.1 研究对象
散单音噪声在宽频噪声谱上的叠加。研究表明，散
本文研究对象为一款常见的电子器件散热用
热风扇在大流量工况下以离散单音噪声为主，小流
变速轴流风扇，如图 1 所示。风扇外边框尺寸为
量下宽频噪声显著 [8] 。Huang等 [3,9−11] 对电脑散热
120 mm×120 mm×38 mm，具有 7 个旋转风扇叶
风扇的气动噪声机制进行总结，指出散热风扇的离
片(动叶片)和11个支撑 (静叶片)，散热风扇的电机
散单音噪声主要来自进口畸变、流动分离、动叶尾
电源线固定在某个支撑上。风扇进口具有导流罩，
缘散射和动静干涉四个方面。
狭小空间下散热风扇较常采用被动降噪方式。
Fitzgerald 等 [5] 采用修正下游支撑杆的尺寸、减少 ܱ᣸಴ ႃູጳ
或消除周围物体潜在的流动干涉现象、喇叭进风 үՁྟ
᭢Ձஃ୞
口使进气畸变最小化等多种方式降低风扇离散单 ႃ఻
音噪声。Lewy [12] 和 Bolteza 等 [13] 研究了不均匀叶
片分布对离散单音噪声的影响，Wu等 [14] 和彭志刚
等 [15] 利用不均匀叶片相位调制实现可观的离散单
(a) ᮳੡൤᜽ڏ
音噪声降噪效果。Wang 等 [11] 对风扇结构重新设
计，修正风扇进口不规则和支撑两个设计缺陷带来 ஃ୞
A
10 dB 左右的声功率下降。目前针对散热风扇的被
动降噪主要集中在噪声源的控制上，即通过改进风 үՁ ᇓဗ ᣉ੾
扇结构达到抑制气动噪声产生的作用，这种方式通 B D
ጳڔ
常会增加制造难度和成本，且在现有技术情况下这
种降噪方式的进步空间已然不大。抑制气动噪声
C
的传播成为一种可能的降噪手段，根据 Tyler 等 [16] ࠮ืᎴ
ܱ಴
的动静干涉理论，散热风扇的动静干涉结构会产生
BPF 及其谐波下的不同周向声模态。在压气机相 (b) ᮳੡ፇ౞ટᝍ
关领域，大风扇或压气机动静干涉产生的周向声模 图 1 测试风扇结构
态在管道内传播需满足截止条件 [17−18] ，通过合理 Fig. 1 The structure of the tested fan