目的基于流量补偿法开发微型风扇气动性能测试装置,解决流量自动调节问题。针对所设计的测试装置进行流量标定实验和微型风扇气动性能测试试验。方法所开发装置中含有5条流量测量支路和5条流量补偿支路,可通过控制开启不同测量支路组合进行流量调节;设计了以C8051F350为核心处理器的测量控制电路,包括电压转换电路、光耦隔离模块、采样电路模块、阀门控制模块和串口通信模块;实现了测试过程自动控制和测量数据采集。结果单个流量点阀门动作时间约10 s,组合流量调节正常,实际组合流量与理论流量相差不超过3.5%。结论微型风扇测试中组合流量调节方法能够满足需求,流量补偿法适用于微型风扇气动性能测试系统。

为了解决微型风扇气动性能测试系统中微小流量测量和流量自动调节问题,提出了基于流量平衡法的微型风扇气动性能测试技术。基于流量平衡法技术原理,分析了流量平衡法管路系统空气动力特性和流量调节特性。由于采用了流量平衡管路设计,在切换不同工作管道时,整个管路系统总体阻抗基本不变,可通过开启不同测量支路来组合调节流量;理论上并联测量支路根据阀门开关,其流量非“1”即“0”,可以非常方便地组合出所需流量。针对所设计的实验装置进行了流量标定实验、流量调节性能实验和微型风扇气动性能试测,实验结果表明,组合流量调节性能符合预期,微型风扇测试中组合流量调节工作正常,证明了流量平衡法适用于微型风扇气动性能测试技术。

对两种不同型号微型风扇出口速度进行了测量,并对这两种型号风扇出口速度分布进行了比较。在此基础上,对散热器散热量进行了计算,得到了散热器出口的空气温度分布,并比较了采用两种微型风扇时散热器的散热量,以及相同空气流量、不同空气入口速度分布条件下散热器的散热量。计算结果表明,在相同空气流量条件下,均匀的速度分布有助于提高散热器的散热量。

在考虑散热用微型风扇尺寸小、风量和压力低等特点的基础上,搭建了实验室条件下微型风扇性能测试实验装置。通过用毕托管测量同一截面若干点处的动压,得到不同条件下流经微型风扇的流量。与此同时,通过测量不同流量下微型风扇出口静压,即可获得微型风扇的流量-压力性能曲线。另外,各测点处速度的测量值还与管内充分发展紊流流动的理论值进行了比较,两者基本一致。

对微型轴流散热风扇叶片扭曲规律进行研究根据“径向平衡原理”通过引入一反映气动特性的参数—变环量指数α建立轴流叶轮中通流速度沿径向分布的微分方程及其边界条件提出在几类不同条件下该方程解的解析形式并分析这些解所对应的物理意义及其叶片扭曲形式。在此基础上根据微型轴流风扇实际运行工况的特点提出其扭叶片设计中变环量指数α所须满足的约束条件并指出该变环量指数α存在一个最小值具体数值则确定于风扇的气动、几何等参数。运用“计算流体动力学”（Computational fluid dynamicsCFD）技术详细地数值研究变环量指数α对微型轴流风扇气动性能的影响发现降低变环量系数能增加风扇气动性能进而有助于提高其散热能力。因此满足约束条件下的最小变环量指数是微型轴流风扇扭叶片气动设计中所须选取的最佳值。