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        風機行業是否還有機會?

        風機行業是否還有機會?這確實是一個值得討論的話題。在討論風機之前,我們先對風機進行分類:按排氣壓力的高低,風機可分為壓縮機、鼓風機、通風機。壓縮機的排氣壓力高于34.3×10^4 Pa,鼓風機的排氣壓力11.27×10^4 ~34.3×10^4Pa,通風機的排氣壓力低于11.27×10^4 Pa。本文所講的風機皆指通風風機。

        首先,風機作為一種比較簡單的旋轉機械,確實在設計和工藝上幾近成熟。當然這是相對于ebmpast、ZIEHL-ABEGG、Multi-Wing、Kruger、LMB等國際一流的風機設計制造商而言,其他的風機公司各有所長,但還是有一定的提升空間。風機市場是一個非常包容且應用場景千變萬化的市場,未來的風機供應商最需要做的是從銷售風機單品到提供系統性的解決方案(solution)。也就是說,風機的設計單位要盡可能地模擬不同的應用場景,而不是簡單地基于AMCA試驗標準給出Q—P曲線供客戶選擇;趥人理解,風機在以下應用場景中還有諸多的技術細節要做:

        (1)通信基站上風扇與風冷散熱器的組合,潛在的問題是效率和效果的平衡,特別是UPS模式下如何獲取更長的續航時間。相變換熱器材(熱管或均溫板)在中高熱流密度產品中有著廣泛地應用,在此基礎上風機單元需要以更均勻的氣流組織把熱流帶走,相應的導風結構設計比較關鍵。

        圖 1 某供應商的板卡型均溫板

        (2)航空電子領域(如雷達)散熱中存在的問題是尺寸極其緊湊,重量限制極其嚴格,致使散熱面積較小或風阻過大,同時為了保證風量和靜壓要選用小尺寸、輕質(鈦合金、鎂合金、碳纖維)、高轉速(10000rpm以上)的特種風機。過高的轉速決定了葉輪直徑不會太大,通常為了獲得較大的風量需要多個風機并聯,此時的難題是并聯后P-Q曲線的準確模擬或計算。例如進氣端的微小差異、以及葉形、頂隙等參數的微小差異會高轉速風機工作點發生較大的變動。

        (3)風電領域:風電機組的熱源主要來自于發電機、變流柜、變壓器、機械傳動系、主軸承、變槳和剎車等液壓油系等。對于當前的風機產品,不論是采用何種散熱方案,熱量最終通過風扇驅動排入大氣中。對于海上風機,雖然筆者也曾參與論證過海水間冷方案,即以泵系循環為主冷方式,但這方面的實質進展較小。風電領域的散熱特點是熱量極大,所需風量也極大,因此風扇的直徑也較大。大直徑軸流風扇的問題是面內流量不均勻性明顯,不僅要與散熱器的阻力曲線匹配,還要考慮換熱器陣面上的溫度分布。

        圖 2 風電外冷散熱器的CFD模擬

        (4)汽車領域:不論是傳統汽車還是新能源汽車,熱管理問題一直是最重要的核心技術之一。按功能來劃分具體涉及發動機熱管理、空調系統與艙內熱管理、電池熱管理(燃料電池水熱管理)、電機熱管理與控制器系統熱管理。以某混動汽車的熱管理系統圖為例,根據溫度梯度的需要環境風需要按一定的比例供給HVAC系統、ICE熱管理系統和電驅動系統?紤]戶外環境變化、汽車行駛狀態的變化,各個風閥的開度始終處于動態調節之中,進而風阻(管網特性)和風量也是在不斷的變化中,這使得風機的工作點也在不斷地變化。有文獻對用于新能源汽車離心風機的效率、無量綱風量系數、無量綱靜壓系數結合潛在散熱效果做了對比研究,最后給出的建議是該場景下風機的設計應以流量和靜壓優先。

        圖 3 某混動汽車的熱管理系統圖

        在Thermal領域,汽車行業對散熱技術的一直是熱點,Audi驅動電機的最新冷卻技術采用液冷、Tesla的Battery Pack和PCB上的部分模塊也采用了液冷。

        圖 4 某新能源汽車的液冷CFD模擬結果

        (5)電機、發電機領域同樣是以風冷為主的行業,但就目前的現狀而言,常規電機與一般交流發電機的散熱風扇設計水平與其他行業相比還是有一定差距的;蚴怯捎诋a品非標化嚴重,或是由于市場價值過小且呈現零散雜亂狀態,主流風機設計廠商并不太關注此領域。該類產品的特點是:1)風機固定在轉子上,而轉子的工作頻率是固定的;2)風機的進、出口端的邊界條件較為混亂。馬太效應的結果是傳統電機、或交流發電機領域的風扇設計一直處在相對滯后的狀態。

        圖 5 某弱軸流離心風機的設計

        (6)各類柜式電子產品內部風冷散熱,更多涉及不同風道內的風量控制、進出風位置優化、風機的串并聯組合分析等。

        最后的結論是:機會肯定是有的,但只是做風機并贈送解決方案猶如做慈善?墒且胝业椒浅:线m的領域——能把風機、附件和相應的解決方案劃為有邊界的系統,又是非常難的。

        筆者從事工程車輛、航空電子、風力發電等領域的技術工作近十年時間,先后接觸了各種類型風機,小到機柜用的軸流風扇,大到槳葉直徑1m多的大型軸流風扇。其間也做了大量的CFD分析工作,模擬過最大的葉輪源自風力發電機,直徑約150米,但風力發電機的葉輪設計是以吸收氣動能為目的的。

        圖 6 某風力發電機葉片的氣動性能模擬



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