风扇的危险工作区域——失速区

散热风扇存在一个危险工作区域，就是所谓的失速区。本文介绍这一区域的形成机理和产生危害的原因。

散热风机的叶轮结构、尺寸都是按照额定的风量设计的，当散热风机在正常的风量工作时，气体进入叶轮的方向与叶片风量进口安装角基本一致，气体平稳地流过叶片（如下图a）。当进入叶轮的气体流量小于额定流量时，气流与叶片进口形成正冲角，即α>0，且此正冲角超过某一临界值时，叶片背面流动工况开始恶化，边界层受到破坏，在叶片背面尾端出现涡流区，即所谓“失速”现象，如图1（b）所示。冲角大于临界值越多，失速现象越严重，流体的流动阻力越大，使叶道阻塞，同时风机风压也随之迅速降低。

散热风机的失速通常是逐叶传递的。风扇在加工及安装过程中，由于各种原因，其叶片不可能有完全相同的形状和安装角。因此，当运行工况变化而使流动方向发生偏离时，在各个叶片进口的冲角就不可能完全相同。如果某一叶片进口处的冲角达到临界值时，就首先在该叶片上发生失速，这种现象继续进行下去，使失速所造成的堵塞区沿着与叶轮旋转相反的方向推进，即产生所谓的“旋转失速”现象。

当散热风机进入到不稳定工况区运行，叶轮内将产生一个到数个旋转失速区（形成的旋转失速区取决于风机工作状态、风机叶片设计以及该风机叶片之间的差异）。由于失速伴随的是气流脱离点的迁移，因此，失速区的叶片会受到激振力。于是，在旋转过程中，叶片每经过一次失速区，就会受到一次激振力的作用，当从而可使叶片产生共振。此时，叶片的动应力增加，可能致使叶片断裂。由于乱流的增加，风机的噪音表现也会同时恶化。设计者在进行风机选型时，应当尽量避免使风机处于这一位置。

作者简介：陈继良，仿真秀专栏作者，文章节选自机械工业出版社发行，陈继良老师编著的《从零开始学散热》，点击可订购。