前言
下图去取自京东,链接:http://item.jd.com/861494.html
最左边的是公版卡无疑,中间的那款,边上的那一溜蓝,深深的出卖了他,不出意外应该就是微星的670 PE了
这引起了我的兴趣,要是按照华硕的这幅宣传来说,表现好于公版是肯定的,但是微星的就很奇怪了,从华硕的备注的说明来看,微星的表现是肯定不如公版了,但换句话来说,要微星的散热这么屎,那微星就不用卖显卡啦
虽然我觉得这个宣传的娱乐成分更多,小弟不才,也小小的查阅了一些散热方面的资料,就在这里向广大高手请教一下:
风冷散热的常识指标:
一、 影响风冷散热器散热效果的五大要素:
1.散热风扇;
2.散热片;
3.导热介质;
4.扣具;
5.环境(温度);
二、影响风扇性能的确定项目:
1.风速;
2.风量;
3.风压;
4.转速;
三、影响散热片性能的确定项目:
1. 导热系数;
2. 受风面积;
四、 影响导热介质性能的确定项目:
1. 导热系数;
2. 热阻;
3. 填充能力;
五、 影响扣具性能的确定项目:
1. 应力分布与大小;
2. 重心位置;
涉及面积太广,能力有限,我也就单单讨论风扇好啦:
1、风速:
风速是风扇重要的性能指标之一,与最重要的两项性能指标之一风量关系密切。
风速即风扇出风口或进风口的空气流动速度,单位一般为m/s;仅是某一位置的速度数值,不能完全体现风扇的性能。风速在不同位置数值可能有较大差异,且平均值难以计算,一般不用来表示风扇的性能。
风速的高低主要取决于扇叶的形状、面积、高度以及转速。扇叶形状设计、面积、高度的影响较为复杂;风扇转速越快,风速越快,则是显而易见的常识。
2、风量:
风量是风扇最重要的两项性能指标之一。
风量即单位时间内通过风扇出风口(或进风口)截面的空气体积,单位一般为cfm,即立方英尺每分-cubic feet per minute,或cmm,即立方米每分- cubic metres per minute。风量是风扇性能的整体衡量指标,不受到尺寸、结构、方式的限制,也不限于直流无刷风扇,可适用于任何空气导流设备。
风量=平均风速 x 过风面积。可见,风扇风量的大小基本取决于风速的高低与过风面积的大小。过风面积相同,风速越高,风量越大;风速相同,过风面积越大,风量越大。
3、风压:
风压是风扇最重要的两项性能指标之一。
风压即风扇能够令出风口与入风口间产生的压强差,单位一般为mm(cm) water column,即毫米(厘米)水柱(类似于衡量大气压的毫米汞柱,但由于压强差较小,一般以水柱为单位)。风压是衡量风扇“强劲”程度的重要指标,如果将风量比作一把武器的挥击力量,那么风压就是这把武器的锋利程度。
风压主要取决于扇叶的形状、面积、高度以及转速,前三者的影响较为复杂,于转速的关系则简单直接——转速越快,风压越大。
风扇产品所说明的风量与风压均为理想状态下的最大值,即风扇入风口与出风口之间无压强差状态下的风量(最大风量),以及风扇向密闭气室内吹风,直至风量为零状态下气室与外界气压的差值(最大静压)。它们并非两个孤立的性能指标,而是互相制约着,之间的关系就是流体力学中典型的流速与压强间的关系——风量随着压强差的增大而减小,两者互相制约的程度则取决于扇叶形状与整体结构设计。
4、转速:
转速是风扇各项性能指标的根本决定因素之一。
转速即风扇扇叶在单位时间内旋转的周数,单位一般为rpm,即rounds per minute-转每分。转速是风扇最容易测量的参数,高转速是各种“暴力”风扇力量的源泉,也是大噪音的根源。
转速基本上取决于风扇采用的电机性能。
只要确定了风扇的物理规格、结构,各种性能就全部由转速决定。转速可以影响到风速、风量、风压、噪音、功率,甚至使用寿命。转速越高,风扇性能越强,即风速越快,风量越大,风压越大;同时,转速高,摩擦、振动就多、噪音就大,轴承等损耗设备的寿命就短;转速提高,电机消耗功率增大也是必然结果。
在这四大类里面,对于显卡散热来说,最重要的指标就是:风量和转速,因为风压对于显卡这种短距离的散热意义非常小,而风速的代表性不够。
风扇的散热类型:
我们常见的风扇散热类型,基本分为:涡轮散热和轴流下压散热
1、涡轮散热:
涡轮风扇又叫离心式风扇。涡轮风扇的气体流向垂直于转轴,而常见的轴流风扇气体流向与转轴平行。相对轴流下压散热风扇,涡轮风扇能在更小的空间占用下输出更大的风量,提升散热效果。涡轮风扇是由电机带动叶轮旋转,叶轮中的叶片迫使气体旋转,对气体做功,使其动量增加,气体在离心力的作用下,向叶轮四周甩出,通过涡型机壳将动能转换成压力能,当叶轮内的气体排出后,叶轮内的压力低于进风管内压力,新的气体在压力差的作用下吸入叶轮,气体就连续不断的从风扇内排出。
这种散热方式常见于显卡的公版散热方案设计,但涡轮风扇的缺点也和其优势并存,主要为两点:一是噪音过大(高转数和积灰都会引起)、二是满载时高温难降。对功耗高的显卡心有余而力不足,比较典型的就是FX5800/5900/590、HD2900XT和GTX480,不过是采用多热管还是真空腔均热板等技术仍然难以改善其高温和噪音问题。更典型的就是CPU,随着CPU功耗的下降,CPU涡轮风扇逐渐被大口径的低转速普通轴流下压静音风扇所取代。
2、轴流下压散热:
轴流下压风扇就比较好理解了,气体流向平行于转轴,其特色是风扇叶片的影响很大,叶片的数量和造型决定其风速、风量、风压的不同,同时流体力学,我就用螺旋桨来解释更好理解
这个是经常在大型油轮和快艇上使用的类型,叶片少而大,特点是力量大,但是噪音也很大:
这种这是在潜艇上经常使用的,叶片多而小,目的是为了降低噪音,因为关系到潜艇的生存,但力量却相对衰减:
轴流下压风扇的串、并联也很有意思,为了取得大风量和噪音的平衡点,很多厂家均采用并联轴流下压风扇的形式,并联的双风扇风压不变,但是风量会上升,风量加大故散热效果增加,双奶和三奶都是为此而生的;串联风扇的结果是风压增加,但是风量不变,此方式是不能解决散热问题, 一般是用在近风的阻力太大时采用,保证风量。
风扇的扇叶:
扇叶: 常见的风扇扇叶截面曲线,一般基于Joukowski(茹科夫斯基,俄国著名的空气动力学家,当代航空科学的开拓者,提出了茹科夫斯基函数,奠定了机翼空气动力计算的理论基础)机翼截面曲线设计,再按照设计需要,根据叶片根部及端部与旋转轴之夹角、根部及端部宽度等数据进行旋转堆叠,形成三维扇叶曲面,并进行曲线拟合,最终完成整个扇叶模型设计。
扇叶的性能受到众多参数的影响,如层叠高度、叶片曲率、叶片倾角、叶片间距、叶片厚度、叶片数目、叶片冲角、叶端间隙、叶片宽度、主轴直径等等,且各参数间互相制约,关系复杂。不断的调整各项参数,寻找最适合目标工作要求的组合,便是进行扇叶设计的研究人员所从事的工作。
叶片曲率:在一定范围内,叶片曲率越大,相同转速下,气体动能也就越大,即风量与风压越大;同时,叶片所受的阻力也越大,要求电机的扭力更大。当弧高/弦长的比值超过0.1时,升力系数便不再呈线性增加,故“一定范围”即0.05<弧高/弦长<0.1。
叶片倾角:倾角越大,叶片上下表面间压力差越大,相同转速下风压越大;但上表面压力过大,可能产生回流现象,反而降低风扇性能。因此,叶片倾角也应在一定限度内提升。
叶片间距:叶片间的距离过小,会导致气流扰动,增加叶片表面的摩擦,降低风扇效率;叶片间的距离过大,则会导致压力损失增大,风压不足。
叶片数目:各种规格风扇叶片的截面曲线、倾角等基本相若,每片叶片宽度往往取决于扇叶的高度。为了保证叶片间距不致过大,影响风压,径高比较小(即相对较薄)的风扇多采用增加叶片数目的方法弥补。不论叶片数目是多是少,轴流风扇的叶片数目却往往是3、7、11等奇数,这是由于若采用偶数片形状对称的扇叶,又没有调整好平衡,很容易使系统发生共振,倘叶片材质又无法抵抗振动产生的疲劳,将会使叶片或心轴发生断裂,因此多设计为关于轴心不对称的奇数片扇叶设计。这一原则普遍应用于包括部分直升机螺旋桨在内的各种扇叶设计中。
叶端间隙:如何调整扇叶与外框之间所存在的间隙是风扇设计中的一大难题。间隙过小会令此间气流与叶片、外框发生摩擦,增大噪音;增大间隙则会由于反激气流等影响耳降低风扇效率——间隙增大1%,则全压功率下降约2%。
叶片弧度:扇叶除了在截面上具有一定曲率外,在俯视平面内也并非沿着径向笔直延伸,而是向着旋转方向略有弯曲,呈一定弧度。如果叶片沿径向笔直延伸,风扇旋转所带动的气流在出风口一侧将呈散射状,送风距离短,且“力量”不集中;如现行产品版略带弧度,则可保证吹出气流集中在出风口正前方的柱状空间内,增加送风距离与风压。
主轴直径:由于电机与轴承的存在,轴流风扇主轴所在的中心部分难免一定无气流通过的盲区,主轴直径便决定着此盲区的大小。主轴直径的大小则主要取决于风扇电机的功率——大功率的电机需要更大的定子绕组线圈,必然占用更多的空间,在无法纵向扩展(增加高度)的情况下,便只好横向扩展(增大面积)。
叶片光滑度:这是一项非设计因素影响的指标,基本上取决于生产者的模具成形与后期处理工艺。在设计曲线之外,叶片上的不平整会在旋转中产生紊流,增加摩擦,降低风扇效率,折损风扇性能,增大工作噪音。因此,应对叶片表面的光滑度严格控制,如果所购产品处理不佳,则应考率采用手工打磨等后续手段弥补。
华硕的这个混合式风扇的扇叶没有查到资料,我不清楚,但微星的这个扇叶是用到第四代啦,最早记得是在6870 hawk身上出现,叫“刀锋扇叶”,当时是获得日德专利技术的,官方号称在同样的风扇大小、扇叶数量与相同转速底下,刀锋扇叶可以产生多20%的风量;刀锋扇叶的边缘采用较圆滑设计并将扇叶边缘改为光滑的缎面处理,以减少风阻并降低风切声,在同样地风量比较下,刀锋扇叶所产生风切声比传统扇叶较低,整个散热器更加安静;搭配独特风流沟槽与扇叶内缩的弧形设计,则将风流的角度变大,让风流的覆盖面积变广,可以迅速地将显示核心与周边元件的热能带走。至于有没有这么屌我也不确定,这玩意太主观。
风扇的噪音
风冷散热器的工作噪音主要有三个来源:轴承的摩擦与振动、扇叶的振动、风噪。
1、轴承的摩擦与振动:不但产生噪音,而且影响性能,缩短器件寿命,降低能源利用效率,是产品设计中尽量解决的关键技术问题。
2、扇叶的振动:一般采用塑料制作的风扇扇叶具有一定的韧性,可以承受一定程度的物理形变,同样也会在推动空气过程中因受力发生振动,但幅度一般较小。另一种较为严重的振动则是由于扇叶质量分布不均,质心与旋转轴心存在偏心距所致。当扇叶面积(质量)或偏心距较大的情况下,可能会带动风扇甚至散热器整体发生振动,进而波及整个机箱。如果发生此类现象,则应怀疑风扇品质与工作状态。
3、风噪:流动的空气之间互相冲扰,与周围物体发生摩擦,叶片对气流的分离作用,周期性送风的脉动力等,都会产生噪音。空气流速越快,湍流越多,往往风噪也越大,而且会随着风速的提高呈加速度增大。普通的轴流风扇会在扇叶与外框间的空隙处产生反激气流,产生较大风噪的同时,更会对风量造成不利影响,也正因此出现了折缘、侧进风等改良设计。
噪音的主要影响就体现在使用者的身心健康与安全之上,而与噪音相伴的振动则可能导致芯片磨损、接口松动、盘片划伤等危及使用的现象。 看风扇时,应当关注风扇的工作噪音,要求自然是越小越好。但厂家在产品参数中所提供的噪音数据,往往与实际使用中的效果存在一定差距,不可直接以之为准,这主要是由于工业标准测试方法与实际使用环境存在差别所致。
根据经验: 标称噪音低于27dBA的风扇,均可归入静音之列;标称噪音27~33dBA的风扇,有轻微风声;标称噪音33~40dBA的风扇,勉强可算“安静”,但无法忽视其存在;标称噪音在40dBA之上的风扇,一般为强劲的“暴力”扇,本身工作噪音已不容小觑,搭配散热片后长期使用绝对是对人耳忍耐限度的挑战。
效能对比:
既然是以华硕和微星开的头,那就对比他们好了,我手上也有没卡,那就以别人的测试来说好啦:
ASUS GTX 670 DirectCU Mini 2 GB
ASUS GeForce GTX 670 Direct CU II TOP 2 GB
MSI GTX 670 Power Edition Twin Frozr IV 2 GB
为了方便大家看,我就不直接截取网站的图片了,我自己汇总制表:
TPU这一点不专业啊,竟然没放转数对比和室温说明。
从测试时间上来看,ASUS 670 DC mini是4月5日,ASUS 670 DC II是5月10日,MSI 670 PE是6月28日,就英国的气候来说,室温自然是670 PE测试的时候最高,而且裸机测试对室温也很敏感,这么看来就差不多符合我的理解了。
从效能上来说ASUS 670 DC mini的混合风扇效能完全秒杀自己的前辈ASUS 670 DC II,这个没有悬念,目测670 DC II是用低转速换噪音,而对于MSI 670 PE来说却不是华硕宣传的那样,虽然也不是有多么的好,但也不至于像华硕宣传的那样。
单就噪音来说,我们也不能无限降低dBA值,还有环境噪音的因素,一般显卡的早已在40dBA以内都是可以完全接受的,而且dBA值的数量级上升也是非线性,28~40的概念和40~52的概念完全是两码事,就像地震震级的级差一样。
那么回到本帖开头的第一张图,我发本帖的意思就是觉得华硕那个图片很矛盾:
1、华硕说他的那个风扇风量高,微星的风量小。但前面我提到的各项技术中也指出风量可以通过扇叶的结构等等指标来改善,好歹微星还用了一个刀锋扇叶
2、实际测试,tpu又显示华硕性能不如微星。我希望手头有这卡的网友也能测试一下。我想大家也都明确,散热器性能不是单纯看风扇性能或是散热片密度什么的,最后看的还是整体性能。
个人觉得华硕670 DC mini上的这个风扇,并不是有多么的牛逼,而是取决于自身体积的因素,单纯涡轮其PCB能够给予的导热板长度不够,而单纯轴流下压的话,单风扇的风量又不够,所以设计了这么一个混合散热技术。我个人对于这个玩意的态度是肯定,但我也有一定的疑惑,那就是风的走势和短PCB的硬性客观环境,决定了其虽然能照顾好核芯,但显存和供电温度却无法得到满意的效果。
以上是我个人的见解,欢迎广大高手拍砖,但也望轻喷。 |
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