عندما يصمم المهندسون حاوية بلاستيكية تحتوي على مكونات إلكترونية، أو محركات، أو مزودات طاقة، أو لوحات تحكم، أو مستشعرات، أو غيرها من الأجهزة المولدة للحرارة، فإن أحد أهم الأسئلة هو مقدار تدفق هواء التبريد الذي تحتاجه الحاوية فعلياً. إن اختيار مروحة طرد مركزي بمجرد النظر إلى تصنيف تدفق الهواء الأقصى الخاص بها يمكن أن يؤدي بسهولة إلى نظام تبريد صغير جداً أو كبير جداً.

النهج الأكثر عملية هو حساب معدل تدفق الهواء (CFM) المطلوب أولاً، وتحديد ارتفاع درجة الحرارة المسموح به، وتقييم مقاومة تدفق الهواء داخل وخارج الحاوية، ثم اختيار مروحة طرد مركزي يمكنها توفير تدفق الهواء المطلوب عند ضغط النظام الفعلي.

بالنسبة للمصنعين ومهندسي المعدات الأصلية (OEM)، تعد هذه العملية مهمة بشكل خاص لأن الحاوية البلاستيكية يمكن أن يكون لها حجم داخلي صغير نسبياً مع استمرارها في توليد كمية كبيرة من الحرارة. قد تحتوي الحاوية المدمجة أيضاً على قنوات تدفق هواء ضيقة، وفلاتر، وشبكات واقية، ولوحات دوائر، وكابلات، ومكونات أخرى تزيد من المقاومة.

تركز شركة China Chungfo Fan على البحث والتطوير وتصنيع مراوح التيار المستمر (DC) والتيار المتردد (AC)، ومراوح الطرد المركزي، ومراوح التدفق المتقاطع، والمراوح المحورية، والمراوح بدون إطار، ومنتجات المحركات ذات الصلة. بالنسبة لتطبيقات تبريد الحاويات، يمكن تحسين عملية اختيار المروحة من خلال الجمع بين الحسابات الحرارية واختبار تدفق الهواء والضغط الساكن.

1، فهم معدل تدفق الهواء (CFM) في حاوية مروحة بلاستيكية

يعني مصطلح CFM القدم المكعب في الدقيقة. وهو يصف حجم الهواء الذي يمكن للمروحة تحريكه خلال دقيقة واحدة. في تطبيق تبريد الحاوية، يمثل معدل CFM المطلوب كمية الهواء التي يجب أن تمر عبر الحاوية لإزالة الحرارة الناتجة عن المكونات الداخلية مع الحفاظ على درجة الحرارة الداخلية ضمن النطاق المطلوب.

ومع ذلك، هناك فرق مهم بين تدفق الهواء المطلوب وتدفق الهواء المطبوع على ورقة مواصفات المروحة.

قد يكون للمروحة تصنيف تدفق هواء حر بمعدل CFM معين عندما لا تكون هناك مقاومة تقريباًعند المدخل أو المخرج. بمجرد تركيب نفس المروحة داخل حاوية بلاستيكية، يمكن أن يصبح تدفق الهواء الفعلي أقل بكثير لأن الهواء يجب أن يمر عبر فتحات التهوية، والفلاتر، والشبكات، والقنوات، والمشتتات الحرارية، والمكونات الداخلية.

تؤكد التوجيهات الهندسية الحديثة باستمرار على أنه لا ينبغي التعامل مع تدفق الهواء الحر على أنه تدفق الهواء النهائي المثبت. يتم تحديد نقطة التشغيل الفعلية من خلال العلاقة بين منحنى أداء المروحة ومقاومة نظام الحاوية.

لذلك، فإن السؤال الهندسي الأساسي ليس ببساطة "كم عدد CFM التي تنتجها المروحة؟"

السؤال الأفضل هو "كم عدد CFM التي تتطلبها الحاوية عند الضغط الساكن الفعلي للنظام؟"

2، لماذا يعتبر CFM مهماً للحاويات البلاستيكية

تُستخدم الحاويات البلاستيكية على نطاق واسع في الأجهزة المنزلية، والمعدات الإلكترونية، وأنظمة التحكم، ومعدات الاتصالات، والأجهزة الطبية، والآلات الصناعية، ومعدات الشحن، والمنتجات الكهربائية الصغيرة.

مقارنة بالخزائن المعدنية الكبيرة، غالباً ما يتم تصميم الحاويات البلاستيكية لتكون مدمجة وخفيفة الوزن ومتكاملة بصرياً مع المنتج النهائي. وهذا يجعل الإدارة الحرارية أكثر تحدياً.

يمكن أن تحتوي الحاوية الصغيرة على العديد من المكونات المولدة للحرارة. قد يولد مزود الطاقة حرارة. وقد يولد محرك المحرك حرارة. قد تطلق لوحة الدائرة حرارة بشكل مستمر. وقد يساهم المحول أو المرحل أو وحدة التحكم أو وحدة LED أيضاً في الحمل الحراري الإجمالي.

إذا تعذر إزالة الحرارة بكفاءة، فستستمر درجة الحرارة الداخلية في الارتفاع.

يمكن أن تؤثر درجة الحرارة المفرطة على موثوقية المكونات، والأداء الكهربائي، ومواد العزل، وعمر مواد التشحيم، ومقاومة تشوه البلاستيك، وعمر الخدمة الإجمالي للمنتج.

لذلك، فإن الغرض من مروحة التبريد ليس ببساطة خلق تدفق هواء. بل غرضها هو إنشاء معدل تبادل هواء كافٍ بحيث يمكن نقل الحرارة المتولدة داخل الحاوية بعيداً بشكل مستمر.

3، الصيغة الأساسية لمعدل CFM المطلوب

للحصول على تقدير هندسي أولي، فإن صيغة إزالة الحرارة الأكثر فائدة هي:

معدل CFM المطلوب ≈ 1.76 × الحمل الحراري بالواط ÷ ارتفاع درجة الحرارة المسموح به بالدرجة المئوية

تستند الصيغة إلى العلاقة بين الطاقة الحرارية، وتدفق الهواء، وكثافة الهواء، والسعة الحرارية النوعية للهواء. توفر المراجع التقنية الحديثة نفس العلاقة التقريبية لحسابات تبريد الحاوية الأولية.

في هذه الصيغة، يعني الحمل الحراري كمية الحرارة المتولدة داخل الحاوية.

يعني ارتفاع درجة الحرارة المسموح به أقصى فرق مقبول بين درجة حرارة هواء مدخل الحاوية ودرجة حرارة الهواء الداخلي أو المخرج المستخدمة للتصميم الحراري.

على سبيل المثال، افترض أن حاوية تحتوي على مكونات تولد ما مجموعه 100 واط من الحرارة.

إذا كان ارتفاع درجة الحرارة المسموح به هو 10 درجات مئوية، فإن متطلبات تدفق الهواء النظرية هي:

معدل CFM المطلوب = 1.76 × 100 ÷ 10

معدل CFM المطلوب = 17.6 CFM

هذا يعني أن هناك حاجة إلى ما يقرب من 17.6 CFM من تدفق الهواء الفعلي بموجب افتراضات الحساب المبسط.

الكلمة المهمة هنا هي "فعلي".

المروحة المعلن عنها بـ 17.6 CFM في الهواء الحر ليست مناسبة تلقائياً.

يجب أن تكون المروحة المختارة قادرة على توفير ما يقرب من 17.6 CFM عند الضغط الساكن الذي تنشئه الحاوية.

4، كيفية حساب إجمالي الحمل الحراري

قبل حساب CFM، يجب تحديد إجمالي الحمل الحراري.

هذه واحدة من أهم الخطوات لأن تدفق الهواء المطلوب يعتمد بشكل مباشر على الحرارة التي يجب إزالتها.

يجب أن يتضمن الحمل الحراري عادةً الطاقة المبددة بواسطة كل مكون رئيسي داخل الحاوية.

على سبيل المثال، يمكن أن تحتوي حاوية تحكم بلاستيكية على مزود طاقة يبدد 30 واط، ووحدة تحكم في المحرك تبدد 20 واط، ولوحة دوائر مطبوعة للتحكم تبدد 15 واط، ونظام مرحل يبدد 5 واط، ومكونات إلكترونية أخرى تبدد 10 واط.

وبالتالي فإن إجمالي الحمل الحراري التقريبي سيكون:

30 واط + 20 واط + 15 واط + 5 واط + 10 واط = 80 واط

يجب على المصمم استخدام تبديد الحرارة الفعلي بدلاً من مجرد إضافة قدرة الدخل الكهربائية المقدرة لكل مكون.

الجهاز الذي يستهلك 100 واط من الطاقة الكهربائية لا يحول بالضرورة كل الـ 100 واط إلى حرارة داخل الغلاف. قد يتم نقل بعض الطاقة ميكانيكياً أو كهربائياً أو من خلال مخرج آخر.

للحصول على هندسة دقيقة، يجب مراعاة بيانات الفقد الخاصة بالشركة المصنعة للمكون، أو بيانات درجة الحرارة المقاسة، أو الاختبار الحراري المباشر.

بمجرد معرفة إجمالي الحمل الحراري، يمكن إدراجه في معادلة تدفق الهواء.

5، كيف يغير ارتفاع درجة الحرارة المسموح به معدل CFM

يؤثر ارتفاع درجة الحرارة المسموح به تأثيراً كبيراً على تدفق الهواء المطلوب.

ضع في اعتبارك حملاً حرارياً قدره 100 واط.

إذا كان ارتفاع درجة الحرارة المسموح به هو 5 درجات مئوية:

معدل CFM المطلوب = 1.76 × 100 ÷ 5

معدل CFM المطلوب = 35.2 CFM

إذا كان ارتفاع درجة الحرارة المسموح به هو 10 درجات مئوية:

معدل CFM المطلوب = 17.6 CFM

إذا كان ارتفاع درجة الحرارة المسموح به هو 15 درجة مئوية:

معدل CFM المطلوب ≈ 11.7 CFM

إذا كان ارتفاع درجة الحرارة المسموح به هو 20 درجة مئوية:

معدل CFM المطلوب = 8.8 CFM

يوضح هذا مبدأ تصميم مهماً.

كلما قل ارتفاع درجة الحرارة المسموح به، زاد تدفق الهواء المطلوب.

إذا كان يجب أن تظل الإلكترونيات أعلى من درجة الحرارة المحيطة بـ 5 درجات مئوية فقط، فسيكون مطلوباً تدفق هواء أكبر بكثير مما لو كان ارتفاع درجة الحرارة بمقدار 20 درجة مئوية مقبولاً.

لذلك، يجب أن يأتي ارتفاع درجة الحرارة المسموح به من المتطلبات الحرارية الفعلية للمعدات بدلاً من مواصفات المروحة التعسفية.

6، حساب CFM من الواط

سير عمل هندسي مفيد هو البدء بالواط بدلاً من حجم المروحة.

افترض أن غلافاً بلاستيكياً يحتوي على:

فقد حرارة مزود الطاقة: 40 واط

فقد حرارة لوحة التحكم: 15 واط

فقد حرارة مشغل المحرك: 25 واط

فقد إلكتروني آخر: 10 واط

إجمالي الحمل الحراري: 90 واط

إذا كان الحد الأقصى لارتفاع درجة الحرارة المسموح به هو 10 درجات مئوية:

معدل CFM المطلوب = 1.76 × 90 ÷ 10

معدل CFM المطلوب = 15.84 CFM

وبالتالي فإن الهدف الحراري الأولي هو حوالي 15.8 CFM.

إذا أراد مهندس التصميم مراعاة فقد تدفق الهواء العملي، فقد تحتاج المروحة المختارة إلى توفير تدفق هواء في الكتالوج أعلى من 15.8 CFM، بشرط أن يوضح منحنى أدائها أنه لا يزال من الممكن توفير حوالي 15.8 CFM عند ضغط النظام المطلوب.

هذا هو السبب في أن مطابقة CFM المحسوب ببساطة مع تصنيف الهواء الحر يمكن أن ينتج نتائج مخيبة للآمال.

7، مراعاة حجم الغلاف البلاستيكي

حجم الغلاف ذو صلة أيضاً، ولكن لا ينبغي أن يحل محل حساب الحمل الحراري.

بالنسبة لغلاف مستطيل، يمكن حساب الحجم كالتالي:

الحجم = الطول × العرض × الارتفاع

إذا تم قياس الأبعاد بالقدم، تكون النتيجة بالقدم المكعب.

على سبيل المثال، غلاف بقياس 2 قدم × 1.5 قدم × 1 قدم له حجم قدره:

2 × 1.5 × 1 = 3 قدم مكعب

يخبر الحجم المصمم بمقدار الهواء الموجود داخل الحاوية، لكنه لا يخبر المصمم بمقدار الحرارة المتولدة.

قد تحتاج حاوية صغيرة ذات حرارة 150 واط إلى تدفق هواء تبريد أكثر من حاوية أكبر بكثير ذات حرارة 30 واط فقط.

لهذا السبب، يجب أن يكون الحمل الحراري والارتفاع المسموح به في درجة الحرارة هما المتغيرين الأساسيين لحساب تدفق هواء التبريد.

يمكن بعد ذلك استخدام الحجم كفحص ثانوي لتبادل الهواء وتوزيع تدفق الهواء الداخلي.

8، تغييرات الهواء في الساعة كطريقة ثانوية

بالنسبة لتطبيقات التهوية، هناك طريقة أخرى وهي استخدام تغييرات الهواء في الساعة.

المعادلة هي:

CFM = حجم الحاوية × تغييرات الهواء في الساعة ÷ 60

على سبيل المثال، إذا كان حجم الحاوية 3 أقدام مكعبة وكان الهدف التصميمي هو 60 تغييرًا للهواء في الساعة:

CFM = 3 × 60 ÷ 60

CFM = 3 CFM

يمكن أن يكون هذا الحساب مفيدًا عندما يكون الهدف هو التهوية العامة بدلاً من إزالة حمل حراري إلكتروني معروف بدقة.

ومع ذلك، بالنسبة لحاوية إلكترونية مولدة للحرارة، تكون طريقة الحمل الحراري أكثر إفادة بشكل عام لأنها تربط تدفق الهواء مباشرة بكمية الحرارة التي يجب إزالتها.

يمكن بعد ذلك استخدام تغييرات الهواء كفحص تصميمي تكميلي.

9، لماذا يجب تضمين الضغط الساكن

بعد حساب تدفق الهواء المطلوب، السؤال الرئيسي التالي هو الضغط الساكن.

هنا يمكن للمراوح الطاردة المركزية أن توفر ميزة كبيرة.

غالبًا ما تحتوي الحاويات البلاستيكية على مسارات تدفق هواء مقيدة. قد يحتوي المدخل على شبكة واقية. قد يتم تركيب مرشح لمنع دخول الغبار. قد يحتوي المخرج على فتحة ضيقة. قد تعيق لوحات الدوائر الداخلية تدفق الهواء. قد تجبر القناة الهواء على تغيير اتجاهه.

كل قيد ينتج عنه انخفاض في الضغط.

يمكن أن تشمل مقاومة النظام الكلية مقاومة المدخل، ومقاومة المخرج، ومقاومة المرشح، ومقاومة الشبكة، ومقاومة القناة، والانحناءات، والمشتتات الحرارية، وعوائق المكونات الداخلية.

تؤكد مراجع اختيار المراوح الحديثة أن نقطة التشغيل الفعلية يتم تحديدها من خلال تقاطع منحنى أداء المروحة ومنحنى مقاومة النظام.

هذا يعني أن مروحة ذات تصنيف CFM هواء حر أعلى يمكن أن تعمل أحيانًا بشكل أسوأ في حاوية مقيدة مقارنة بمروحة طاردة مركزية ذات تصنيف هواء حر أقل ولكن قدرة ضغط أقوى.

10، فهم منحنى P-Q للمروحة

يوضح منحنى P-Q للمروحة العلاقة بين تدفق الهواء والضغط الساكن.

عند مقاومة منخفضة جدًا، يمكن للمروحة إنتاج تدفق هواء مرتفع نسبيًا.

مع زيادة مقاومة النظام، ينخفض تدفق الهواء.

عند أقصى ضغط ساكن، يقترب تدفق الهواء من الصفر.

تحدث نقطة التشغيل الفعلية حيث يتقاطع منحنى المروحة مع منحنى مقاومة الحاوية.

على سبيل المثال، لنفترض أن مروحة طاردة مركزية لديها تصنيف تدفق هواء حر يبلغ 30 CFM.

قد تخلق الحاوية مقاومة قدرها 100 باسكال.

إذا أظهر منحنى المروحة أن المروحة يمكنها توفير 22 CFM عند 100 باسكال، فإن تدفق الهواء العملي هو حوالي 22 CFM، وليس 30 CFM.

إذا كان الحساب الحراري يتطلب 25 CFM، فإن تلك المروحة لن تلبي المتطلبات على الرغم من أن تصنيف الهواء الحر في الكتالوج الخاص بها يبدو أعلى من القيمة المحسوبة.

هذا التمييز مهم للغاية عند اختيار مروحة طاردة مركزية بلاستيكية.

11، تقدير مقاومة الحاوية

أسهل طريقة لتحسين دقة اختيار المروحة هي تحديد كل قيد في مسار تدفق الهواء.

يجب تقييم شبكة السحب.

يجب تقييم شبكة المخرج.

يجب تقييم المرشحات.

يجب تقييم القنوات.

يجب تقييم المنعطفات الحادة.

يجب تقييم الممرات الضيقة.

يجب تقييم المشتتات الحرارية والتجمعات الإلكترونية المكدسة بكثافة.

كلما أصبح النظام أكثر تقييداً، زادت الحاجة إلى قدرة ضغط استاتيكي أكبر للمروحة.

قد يكون للهيكل المفتوح البسيط مقاومة منخفضة نسبياً.

قد يكون للهيكل البلاستيكي المدمج والمغلق أو شبه المغلق المزود بفلتر وممر عادم ضيق مقاومة أعلى بكثير.

في التطوير الهندسي، يمكن لاختبار النماذج الأولية توفير قيمة انخفاض ضغط أكثر موثوقية من التقدير النظري وحده.

12، كيف تساعد المروحة الطاردة المركزية في الهياكل المدمجة

غالباً ما يتم اختيار المراوح الطاردة المركزية عندما يجب أن يتحرك الهواء عبر مسار مقيد.

على عكس العديد من المراوح المحورية التي تحرك الهواء بشكل أساسي على طول محور الدوران، تقوم المراوح الطاردة المركزية بتسريع الهواء شعاعياً عبر هيكل المروحة والحلزون.

هذا يجعلها مفيدة للتطبيقات التي يحتاج فيها تدفق الهواء إلى الدخول من اتجاه والخروج من اتجاه آخر أو حيث يتطلب ضغط استاتيكي أعلى.

على سبيل المثال، قد يحتوي الهيكل الإلكتروني البلاستيكي على فتحة سحب من جانب وقناة عادم من الجانب المقابل.

يمكن دمج المروحة الطاردة المركزية في الهيكل بحيث يتم سحب الهواء عبر المكونات المولدة للحرارة وتفريغه عبر مخرج ضيق.

يمكن لهذا الترتيب تحسين مسار تدفق الهواء العام والمساعدة في إزالة الحرارة من مناطق محددة.

13، كيفية حساب هامش أمان عملي

حساب CFM النظري هو نقطة بداية وليس مواصفة نهائية للمروحة.

تحتوي الأنظمة الحقيقية على تفاوتات تصنيعية، وتراكم الغبار، وتحميل الفلتر، وتسرب تدفق الهواء، وعوائق المكونات، وتغيرات في الظروف البيئية.

لذلك، يدرج المهندسون عادةً هامش تصميم.

يعتمد الهامش المناسب على التطبيق.

بالنسبة للتصميم الأولي، قد يقرر الفريق الهندسي استخدام هامش تدفق هواء بنسبة 20% إلى 30%، ولكن يجب التعامل مع هذا كافتراض تصميم للمشروع وليس كمعيار عالمي.

على سبيل المثال، إذا كان المتطلب المحسوب هو 20 CFM وتم اختيار هامش تصميم بنسبة 25%:

20 × 1.25 = 25 CFM

يصبح هدف التصميم حوالي 25 CFM.

ومع ذلك، يجب أن تظل المروحة النهائية قادرة على توفير 25 CFM عند ضغط التشغيل الفعلي.

رقم CFM الكبير في الهواء الطلق لا يعوض عن عدم كفاية الضغط الاستاتيكي.

مثال حسابي لهيكل مروحة طاردة مركزية بلاستيكي

ضع في اعتبارك هيكلاً بلاستيكياً يستخدم للمعدات الإلكترونية.

الحمل الحراري الداخلي هو 120 W.

أقصى درجة حرارة محيطة هي 35°C.

أقصى درجة حرارة هواء داخلية مرغوبة هي 45°C.

لذلك:

ارتفاع درجة الحرارة المسموح به = 45°C − 35°C

ارتفاع درجة الحرارة المسموح به = 10°C

حساب تدفق الهواء الأولي هو:

CFM المطلوبة = 1.76 × 120 ÷ 10

CFM المطلوبة = 21.12 CFM

الآن افترض أن فريق التصميم يطبق هامشاً هندسياً بنسبة 25%:

21.12 × 1.25 = 26.4 CFM

يصبح هدف التصميم الأولي حوالي 26.4 CFM.

ثم يقوم المهندس بتقييم مقاومة الهيكل.

لنفترض أن شبكة المدخل، والمرشح، والممرات الداخلية، والمخرج تشكل معاً مقاومة نظام تبلغ 120 باسكال عند حوالي 26 قدم مكعب في الدقيقة (CFM).

يحتاج المهندس الآن إلى العثور على مروحة طرد مركزي يمكن لمنحنى أدائها توفير ما لا يقل عن 26 قدم مكعب في الدقيقة تقريباً عند 120 باسكال.

قد لا تكون المروحة التي تنتج 35 قدم مكعب في الدقيقة عند ضغط صفري مناسبة إذا كانت لا تستطيع توفير سوى 20 قدم مكعب في الدقيقة عند 120 باسكال.

قد تكون مروحة أخرى ذات تصنيف هواء حر يبلغ 32 قدم مكعب في الدقيقة أكثر ملاءمة إذا كان منحنى أدائها يوفر 28 قدم مكعب في الدقيقة عند 120 باسكال.

يوضح هذا المثال سبب ضرورة إجراء حسابات تدفق الهواء (CFM) وتقييم الضغط الاستاتيكي معاً.

14، استخدام مراوح التيار المستمر الصغيرة في الحاويات المدمجة

لا تتطلب كل حاوية منفاخ طرد مركزي كبير.

تحتوي بعض المنتجات الإلكترونية المدمجة على أحمال حرارية منخفضة نسبياً ومساحة تركيب محدودة.

في هذه التطبيقات، قد تكون مروحة التيار المستمر الصغيرة كافية.

يمكن التفكير في مروحة 30mm fan 5v للإلكترونيات المدمجة، والأجهزة المحمولة، ووحدات التحكم الصغيرة، وغيرها من التطبيقات منخفضة الطاقة حيث يكون كل من الحجم المادي وجهد التشغيل محدودين.

ينطبق نفس المبدأ على مروحة 25mm dc fan. يمكن أن يكون حجم إطارها الصغير مفيداً حيث تكون مساحة التركيب المتاحة محدودة للغاية.

ومع ذلك، فإن الحجم الصغير للمروحة لا يلغي الحاجة إلى الحسابات الهندسية.

لا يزال المصمم بحاجة إلى تحديد تدفق الهواء المطلوب، والضغط الاستاتيكي المتاح، وجهد التشغيل، ومتطلبات الضوضاء، ودرجة حرارة التشغيل، والعمر المتوقع.

بالنسبة للمنتجات المدمجة جداً، قد تحتاج المروحة أيضاً إلى العمل بشكل مستمر لآلاف الساعات، مما يجعل تصميم المحرك، واختيار المحامل، والموثوقية الحرارية أموراً مهمة.

15، المروحة الصغيرة مقابل مروحة الطرد المركزي

يجب أن يستند القرار بين مروحة محورية صغيرة ومروحة طرد مركزي إلى مسار تدفق الهواء.

إذا كانت الحاوية تحتوي على مسار تدفق هواء مفتوح نسبياً ومقاومة منخفضة، فقد توفر المروحة المحورية حلاً فعالاً.

إذا كان يجب أن ينتقل الهواء عبر قناة ضيقة، أو مرشح، أو مسار داخلي معقد، فقد تكون مروحة الطرد المركزي أكثر ملاءمة بسبب قدرتها على توليد ضغط استاتيكي أعلى.

قد تكون مروحة 25mm dc fan مناسبة لوحدة إلكترونية صغيرة ذات مسار تهوية قصير ومفتوح.

قد تكون مروحة 30mm fan 5v مناسبة للإلكترونيات الاستهلاكية المدمجة حيث يقتصر مصدر الطاقة على 5 فولت.

يمكن أن يصبح منفاخ الطرد المركزي أكثر جاذبية عندما تحتوي نفس الحاوية المدمجة على قنوات تدفق هواء ضيقة أو قناة أطول.

يجب دائماً تأكيد الاختيار الصحيح باستخدام منحنى أداء المروحة بدلاً من حجم الإطار وحده.

16، مثال تطبيقي: تبريد الثلاجة

توفر معدات التبريد مثالاً مفيداً آخر لتصميم تدفق الهواء في الحاويات.

تحتوي الثلاجة على ضواغط، وأنظمة تحكم، ومكونات كهربائية مولدة للحرارة، وهياكل تبادل حراري.

يمكن استخدام مروحة عادم الثلاجة في ترتيبات تهوية معينة لنقل الهواء الدافئ بعيداً عن منطقة مخصصة.

ومع ذلك، يعتمد متطلب تدفق الهواء الدقيق على الحمل الحراري، ومساحة التهوية المتاحة، وحدود درجة الحرارة، وفقدان الضغط، وتصميم نظام التبريد العام.

لا ينبغي اختيار المروحة ببساطة لأن تطبيق الثلاجة يبدو أنه يتطلب تدفق هواء عالٍ.

يجب على المصمم حساب الحرارة التي يجب إزالتها وتحديد تدفق هواء التشغيل المطلوب.

إذا كان يجب أن يمر تدفق الهواء عبر قناة ضيقة أو مخرج مقيد، فيجب أيضاً مراعاة الضغط الاستاتيكي.

17، أهمية اتجاه تدفق الهواء

يمكن أن تتمتع المروحة بتدفق هواء (CFM) كافٍ على الورق ومع ذلك توفر تبريداً ضعيفاً إذا كان اتجاه تدفق الهواء مصمماً بشكل سيئ.

يجب أن يدخل الهواء عادةً عبر منطقة أكثر برودة وينتقل عبر المكونات المولدة للحرارة قبل مغادرة الحاوية.

إذا تم وضع المدخل والمخرج بالقرب من بعضهما البعض، فقد تقوم المروحة بتدوير الهواء محلياً دون تبريد بقية الحاوية بفعالية.

يمكن أن يؤدي هذا إلى إنشاء دائرة قصر لتدفق الهواء.

قد يعود هواء المخرج فوراً نحو المدخل بدلاً من المرور عبر منطقة توليد الحرارة الرئيسية.

بالنسبة للحاويات البلاستيكية المدمجة، يمكن استخدام ديناميكا الموائع الحسابية للتصاميم المعقدة، لكن اختبار النموذج الأولي المادي يظل قيماً.

يمكن تركيب مستشعرات درجة الحرارة بالقرب من المكونات الحساسة لتحديد ما إذا كان تدفق الهواء يصل بالفعل إلى المواقع المطلوبة.

18، تجنب النقاط الساخنة داخل الحاوية

لا تمثل متوسط درجة حرارة الحاوية دائماً درجة حرارة المكون الأكثر حساسية.

قد يعمل ترانزستور الطاقة أو وحدة التحكم في المحرك أو منظم الجهد عند درجة حرارة أعلى بكثير من الهواء المحيط.

هذا هو السبب في أهمية توزيع تدفق الهواء.

يمكن وضع مروحة طرد مركزي بحيث يتم توجيه تدفق الهواء نحو المنطقة ذات الكثافة الحرارية الأعلى.

يمكن أيضًا استخدام الحواجز لمنع الهواء من تجاوز المكونات الحساسة.

الهدف ليس مجرد تحقيق معدل CFM المحسوب عند مخرج المروحة.

الهدف هو ضمان وصول الكمية المطلوبة من هواء التبريد إلى المكونات التي تحتاج فعليًا إلى التبريد.

مراعاة درجة الحرارة المحيطة

يجب تضمين درجة الحرارة المحيطة في التصميم الحراري.

النظام الذي يعمل في غرفة عند 20 درجة مئوية له متطلبات تبريد مختلفة تمامًا عن نفس النظام الذي يعمل عند 40 درجة مئوية.

إذا كانت درجة حرارة المكون الداخلي القصوى 60 درجة مئوية، فقد يكون الارتفاع المسموح به في درجة الحرارة عند درجة حرارة محيطة 20 درجة مئوية هو 40 درجة مئوية.

عند درجة حرارة محيطة 40 درجة مئوية، يكون الارتفاع المسموح به في درجة الحرارة 20 درجة مئوية فقط.

تتطلب الحالة الثانية تدفق هواء أكبر بكثير.

هذا أحد الأسباب التي تجعل المعدات الصناعية والخارجية تتطلب غالبًا اختيارًا أكثر دقة للمروحة مقارنة بالمعدات الاستهلاكية المستخدمة في البيئات الداخلية الخاضعة للتحكم.

19، الارتفاع وكثافة الهواء

تتغير كثافة الهواء مع الارتفاع ودرجة الحرارة.

عند الارتفاعات العالية، يصبح الهواء أقل كثافة.

بالنسبة لنفس تدفق الهواء الحجمي، يمكن أن تكون كتلة الهواء المتحرك عبر الغلاف أقل.

تفترض صيغة CFM الأساسية ظروف هواء قياسية تقريبًا، لذا قد تتطلب التطبيقات ذات الارتفاعات العالية تصحيحًا هندسيًا إضافيًا.

هذا وثيق الصلة بشكل خاص بالمعدات المخصصة للعمل في المناطق الجبلية أو في التطبيقات التي تختلف فيها الظروف البيئية بشكل كبير.

بالنسبة للحسابات الأولية، تكون الصيغة القياسية مفيدة.

بالنسبة للمعدات الحساسة، يجب تضمين درجة حرارة التشغيل الفعلية والارتفاع وكثافة الهواء في الحساب الحراري. توصي المراجع الهندسية أيضًا بتصحيح حسابات تدفق الهواء عندما تختلف الظروف البيئية ماديًا عن الافتراضات القياسية.

متطلبات جهد المروحة والتحكم

بمجرد معرفة متطلبات تدفق الهواء والضغط، يجب أيضًا مطابقة المواصفات الكهربائية.

تشمل فولتيات مراوح التيار المستمر الشائعة 5 فولت و12 فولت و24 فولت.

قد يتطلب منتج مدمجمروحة 5 فولتلأن النظام الإلكتروني الرئيسي يعمل بالفعل عند 5 فولت.

قد تستخدم المعدات الصناعية مروحة 12 فولت أو 24 فولت اعتمادًا على بنية الطاقة المتاحة.

بالإضافة إلى الجهد، يجب على المهندسين مراعاة التيار، وسلوك بدء التشغيل، وحماية الدوار المقفل، والتحكم في السرعة، ومخرج مقياس سرعة الدوران، والتحكم PWM، ووظائف الإنذار عند الحاجة.

المروحة التي تلبي متطلبات تدفق الهواء ولكن لا يمكنها الاندماج بشكل صحيح مع نظام الطاقة والتحكم في المنتج ليست حلاً كاملاً.

20، اعتبارات الضوضاء

يمكن أن تصبح الضوضاء عاملاً مهمًا في الأغلفة البلاستيكية الصغيرة.

يمكن للمروحة ذات سرعة الدوران الأعلى توفير تدفق هواء قوي ولكنها قد تولد أيضًا المزيد من الضوضاء الديناميكية الهوائية وضوضاء المحرك.

في الأجهزة المنزلية والمعدات الطبية وإلكترونيات المكاتب والمنتجات الاستهلاكية، قد يكون الأداء الصوتي مهمًا تقريبًا مثل الأداء الحراري.

لذلك يجب على المصمم تجنب اختيار أعلى مروحة RPM متاحة ببساطة.

نهج أفضل هو تحديد نقطة التشغيل المطلوبة واختيار مروحة يمكنها توفير تدفق الهواء والضغط اللازمين دون سرعة مفرطة.

يجب أيضًا تصميم مسار تدفق الهواء نفسه بعناية لأن الاضطراب والانحناءات الحادة والفتحات الضيقة يمكن أن تولد ضوضاء إضافية.

الموثوقية والتشغيل المستمر

بالنسبة للمعدات المصممة للتشغيل المستمر، تعد موثوقية المروحة اعتبارًا مهمًا.

قد تعمل المروحة لساعات عديدة كل يوم.

اختيار المحمل، وتصميم المحرك، ودرجة حرارة الملف، ودرجة حرارة التشغيل، والاهتزاز، والتعرض للغبار، كلها عوامل يمكن أن تؤثر على العمر التشغيلي.

ولهذا السبب، لا تأخذ China Chungfo Fan في الاعتبار تدفق الهواء فحسب، بل تأخذ أيضًا في الاعتبار بنية المنتج والخصائص الكهربائية وظروف التطبيق عند تطوير حلول المراوح.

بالنسبة لعملاء OEM، قد يشمل التخصيص الجهد، والتيار، والسرعة، وتدفق الهواء، والضغط، وتكوين الأسلاك، وتكوين الموصل، والمتطلبات الوظيفية الأخرى.

21، اختبار الغلاف النهائي

يجب دائمًا اتباع الحسابات النظرية باختبار النموذج الأولي عندما يكون التطبيق مهمًا.

يمكن اختبار غلاف النموذج الأولي في ظل ظروف محيطة تمثيلية.

يمكن وضع مستشعرات درجة الحرارة بالقرب من المكونات الحساسة.

يمكن بعد ذلك تشغيل المروحة بالجهد وحالة التحكم المقصودين.

يمكن للمهندسين قياس درجة حرارة المدخل، ودرجة حرارة المخرج، ودرجة حرارة النقاط الساخنة الداخلية، وتدفق الهواء، والضغط.

يمكن بعد ذلك مقارنة النتائج المقاسة بالحساب الأصلي.

إذا كانت درجة الحرارة الداخلية مرتفعة للغاية، فيجب التحقيق في عدة عوامل.

قد لا تنتج المروحة تدفق هواء كافٍ عند ضغط النظام الفعلي.

قد يكون مسار تدفق الهواء مسدودًا.

قد يكون المدخل أو المخرج صغيرًا جدًا.

قد تكون المروحة موضوعة بشكل غير صحيح.

قد يكون هناك تسرب مفرط.

قد يكون الحمل الحراري أعلى مما تم تقديره في الأصل.

قد يكون للغلاف أيضًا مساحة تهوية غير كافية.

يسمح الاختبار بتحديد هذه المشكلات قبل الإنتاج الضخم.

22، أخطاء شائعة عند حساب CFM

أحد الأخطاء الشائعة هو اختيار مروحة بناءً فقط على الحد الأقصى لـ CFM المطبوع في ورقة البيانات.

هذا يتجاهل الضغط الساكن.

خطأ آخر هو حساب تدفق الهواء بناءً على حجم الغلاف فقط.

الحجم وحده لا يصف مقدار الحرارة التي يجب إزالتها.

خطأ ثالث هو استخدام الطاقة الكهربائية المقدرة لكل مكون كحمل حراري له دون تحديد تبديد الطاقة الفعلي.

مشكلة أخرى هي استخدام ارتفاع مفرط في درجة الحرارة دون النظر فيما إذا كان تدفق الهواء المطلوب قابلاً للتحقيق فعليًا.

ينسى المصممون أحيانًا أيضًا أن المرشحات تصبح أكثر تقييدًا مع تراكم الغبار.

لذلك يجب تقييم نظام تدفق الهواء في ظل ظروف تشغيل واقعية.

خطأ شائع آخر هو وضع المدخل والمخرج بالقرب من بعضهما البعض.

يمكن أن يؤدي هذا إلى إعادة تدوير الهواء بدلاً من التبريد الفعال.

خطأ أخير هو اختيار مروحة قبل تحديد المتطلبات الحرارية.

التسلسل الأفضل هو حساب الحمل الحراري، وتحديد الارتفاع المسموح به في درجة الحرارة، وحساب تدفق الهواء المطلوب، وتقدير مقاومة النظام، وتحديد نقطة التشغيل، ثم اختيار المروحة.

23، سير عمل عملي لاختيار المروحة

يمكن تلخيص العملية الكاملة كسير عمل هندسي عملي.

أولاً، حدد الحد الأقصى لدرجة الحرارة المحيطة.

ثانيًا، حدد الحد الأقصى المقبول لدرجة الحرارة الداخلية أو درجة حرارة المكونات.

ثالثًا، احسب الارتفاع المسموح به في درجة الحرارة.

رابعًا، احسب إجمالي الحمل الحراري الداخلي.

خامسًا، احسب CFM النظري المطلوب.

سادسًا، قم بتقييم مسار تدفق الهواء في الغلاف.

سابعاً، قدّر أو قس الضغط الساكن للنظام.

ثامناً، أضف هامشاً هندسياً مناسباً.

تاسعاً، قارن نقطة التشغيل المستهدفة بمنحنيات أداء المروحة الطاردة المركزية.

عاشراً، تحقق من الاختيار النهائي من خلال اختبار النموذج الأولي.

يساعد سير العمل هذا في منع المشكلة الشائعة المتمثلة في اختيار مروحة بناءً على رقم كتالوج واحد فقط.

24، كيف يمكن لـ China Chungfo Fan دعم تبريد الحاويات

تقوم شركة China Chungfo Fan بتطوير وتصنيع مجموعة من مراوح التبريد التي تعمل بالتيار المستمر (DC) ومروحة تبريد تعمل بالتيار المتردد (AC)لمختلف تطبيقات المعدات.

تشمل مجموعة منتجاتها مراوح محورية، ومنافيخ طاردة مركزية، ومراوح تدفق عرضي، ومراوح بدون إطار، وحلول محركات ذات صلة.

بالنسبة لتطبيقات الشركات المصنعة للمعدات الأصلية (OEM)، يمكن تقييم المروحة وفقاً للجهد المطلوب، والتيار، والسرعة، وتدفق الهواء، والضغط الساكن، والأبعاد، والضوضاء، وبيئة التشغيل، ومتطلبات التوصيل الكهربائي.

بالنسبة للحاويات البلاستيكية المدمجة، يمكن أن تبدأ عملية التصميم بحمل الحرارة الخاص بالعميل ومساحة التثبيت المتاحة.

يمكن بعد ذلك حساب معدل تدفق الهواء (CFM) المطلوب ومطابقته مع متطلبات الضغط.

هذا النهج أكثر موثوقية من مجرد اختيار مروحة وفقاً لأبعادها الخارجية.

تمتلك China Chungfo Fan أيضاً قدرات إنتاج واختبار تغطي تطوير المنتجات، وتطوير القوالب، والقولبة بالحقن، وتقنية التثبيت السطحي (SMT)، والتجميع، ومراقبة الجودة.

يمكن استخدام معدات الاختبار لتقييم تدفق الهواء، والضغط، والضوضاء، والأداء الكهربائي، وخصائص المنتج الأخرى.

بالنسبة لتطبيقات OEM والتطبيقات المخصصة، يمكن لهذه القدرات أن تساعد في ربط حساب المروحة النظري بالمنتج المصنع فعلياً.

25، الخاتمة

يبدأ حساب معدل تدفق الهواء (CFM) المطلوب لحاوية مروحة طاردة مركزية بلاستيكية بالحرارة، وليس بحجم المروحة.

الصيغة الأولية الأساسية هي:

معدل تدفق الهواء (CFM) المطلوب ≈ 1.76 × الحمل الحراري بالواط ÷ الارتفاع المسموح به في درجة الحرارة بالدرجة المئوية

تحدد هذه العملية الحسابية متطلبات تدفق الهواء النظرية.

ومع ذلك، فهي لا تمثل الاختيار النهائي للمروحة.

يجب على المصمم أيضاً مراعاة الضغط الساكن، والمرشحات، والشبكات، والقنوات، والمكونات الداخلية، واتجاه تدفق الهواء، وتوزيع درجة الحرارة، ودرجة الحرارة المحيطة، والارتفاع، والضوضاء، والموثوقية.

الفرق الأكثر أهمية هو بين تدفق الهواء في الهواء الطلق وتدفق الهواء التشغيلي الفعلي.

يجب اختيار المروحة الطاردة المركزية وفقاً للنقطة التي يتقاطع فيها منحنى أدائها مع منحنى مقاومة نظام الحاوية.

بالنسبة للحاوية ذات المقاومة المنخفضة، قد تكون المروحة المحورية المدمجة كافية.

بالنسبة للحاوية المدمجة ذات الممرات الضيقة أو المرشحات أو القنوات، قد توفر المروحة الطاردة المركزية أداء ضغط وتدفق أكثر ملاءمة.

قد تستخدم المنتجات الصغيرة مروحة 30 مم 5 فولتأو مروحة تيار مستمر 25 مم عندما يكون الحمل الحراري ومتطلبات تدفق الهواء منخفضة نسبياً، بينما قد تتطلب الأنظمة الأكبر أو الأكثر تقييداً منفاخاً طارداً مركزياً عالي الأداء.

يمكن أيضاً تطبيق نفس مبدأ الحساب على تطبيقات مثل أنظمة مراوح عادم الثلاجات، والخزائن الإلكترونية، والأجهزة المنزلية، والمعدات الطبية، ومعدات الشحن، والآلات الصناعية.

لذا فإن النهج الأكثر موثوقية هو حساب الحمل الحراري، وتحديد الارتفاع المسموح به في درجة الحرارة، وحساب معدل تدفق الهواء (CFM)، وتقييم الضغط الساكن، واختيار المروحة من منحنى أدائها، ثم التحقق من التصميم النهائي من خلال الاختبار.

26، الأسئلة الشائعة

سؤال 1: ما هي الصيغة الأساسية لحساب معدل تدفق الهواء (CFM) المطلوب؟

الصيغة الأولية هي: معدل تدفق الهواء (CFM) المطلوب ≈ 1.76 × الحمل الحراري بالواط ÷ الارتفاع المسموح به في درجة الحرارة بالدرجة المئوية. تمثل النتيجة تدفق الهواء الفعلي التقريبي المطلوب لإزالة الحرارة في ظل افتراضات الحساب.

سؤال 2: هل معدل تدفق الهواء (CFM) للمروحة في الهواء الطلق هو نفسه تدفق الهواء الفعلي داخل الحاوية؟

لا. يتم قياس معدل تدفق الهواء (CFM) في الهواء الطلق عادةً في ظروف ذات مقاومة منخفضة جداً لتدفق الهواء. بمجرد تركيب المروحة في حاوية بها مرشحات أو شبكات أو قنوات أو ممرات ضيقة، يمكن أن ينخفض تدفق الهواء الفعلي. لذلك يجب التحقق من منحنى أداء المروحة عند الضغط الساكن المتوقع.

سؤال 3: ما مقدار معدل تدفق الهواء (CFM) الذي تحتاجه حاوية بقدرة 100 واط؟

تعتمد الإجابة على الارتفاع المسموح به في درجة الحرارة. عند ارتفاع في درجة الحرارة بمقدار 5 درجات مئوية، يكون المطلب الأولي حوالي 35.2 CFM. وعند 10 درجات مئوية، يكون حوالي 17.6 CFM. وعند 15 درجة مئوية، يكون حوالي 11.7 CFM. وعند 20 درجة مئوية، يكون حوالي 8.8 CFM.

الأسئلة الشائعة 4: لماذا يجب مراعاة الضغط الاستاتيكي عند اختيار مروحة طرد مركزي؟

يمثل الضغط الاستاتيكي المقاومة التي يجب على المروحة التغلب عليها. يمكن للمرشحات، والشبكات، ومجاري الهواء، والمشتتات الحرارية، وقنوات تدفق الهواء الضيقة أن تقلل من تدفق الهواء بشكل كبير. لذلك، يجب تقييم مروحة الطرد المركزي بناءً على متطلبات الضغط الفعلية بدلاً من الاكتفاء بظروف الهواء الطلق فقط.

الأسئلة الشائعة 5: هل يمكن استخدام مروحة تيار مستمر (DC) صغيرة لهيكل بلاستيكي؟

نعم، إذا كان الحمل الحراري ومتطلبات تدفق الهواء منخفضة بما يكفي. قد تكون مروحة 30mm بجهد 5v أو مروحة تيار مستمر (DC) مقاس 25mm مناسبة للمنتجات الإلكترونية المدمجة، ولكن يجب تقييم تدفق الهواء المطلوب، والضغط الاستاتيكي، والجهد، والضوضاء، وعمر التشغيل.

الأسئلة الشائعة 6: متى يجب اختيار مروحة طرد مركزي بدلاً من مروحة محورية؟

يمكن أن تكون مروحة الطرد المركزي مفيدة بشكل خاص عندما يجب أن يمر تدفق الهواء عبر مسار مقيد، أو مجرى ضيق، أو مرشح، أو قناة داخلية مدمجة. إذا كان مسار تدفق الهواء مفتوحاً نسبياً وكانت المقاومة منخفضة، فقد تكون المروحة المحورية مناسبة أيضاً.

الأسئلة الشائعة 7: هل يحتاج الهيكل الأكبر دائماً إلى معدل تدفق هواء (CFM) أكبر؟

لا. حجم الهيكل هو عامل واحد فقط. يرتبط تدفق الهواء المطلوب في المقام الأول بالحمل الحراري والارتفاع المسموح به في درجة الحرارة. قد يتطلب هيكل صغير ذو حمل حراري مرتفع تدفق هواء تبريد أكثر من هيكل كبير ذي حمل حراري منخفض.

الأسئلة الشائعة 8: هل يجب إضافة هامش أمان لتدفق الهواء؟

يمكن أن يكون هامش التصميم مفيداً لمراعاة العوامل العملية مثل فقدان تدفق الهواء، وتفاوتات المكونات، وانسداد المرشحات، وظروف التشغيل. يعتمد الهامش المناسب على التطبيق ولا ينبغي التعامل معه كقيمة ثابتة عالمية.

الأسئلة الشائعة 9: كيف يمكن التحقق من اختيار المروحة النهائي؟

أفضل نهج هو مقارنة تدفق الهواء المطلوب والضغط الاستاتيكي بمنحنى أداء المروحة (P-Q) ثم التحقق من المروحة المختارة في نموذج أولي تمثيلي للهيكل. يمكن قياس درجة الحرارة وتدفق الهواء والضغط أثناء الاختبار.

الأسئلة الشائعة 10: هل يمكن لشركة China Chungfo Fan توفير حلول مخصصة لمراوح الطرد المركزي؟

يمكن لشركة China Chungfo Fan تقييم متطلبات المروحة بناءً على الأبعاد، والجهد، والتيار، والسرعة، وتدفق الهواء، والضغط، والضوضاء، والأسلاك، وظروف التطبيق. بالنسبة لمشاريع تصنيع المعدات الأصلية (OEM)، يمكن استخدام هذه المتطلبات كنقطة بداية لاختيار أو تطوير حل مروحة مناسب.