最大风量为25CFM的风扇,在系统中却无法提供25CFM的空气流量。Herbie对此感到疑惑不解。我只好将风扇在系统中风量的估算图表画在餐巾纸背面,供他参考。
经验:风扇性能曲线。
我有好几个月没有见到Herbie了。有一天,他突然像税务检察官一样,上气不接下气地跑进我的办公室。原来他一直在亚利桑那州的Sedona,忙着做一个TeleLeap公司与其他公司的合资项目。这个公司是一个高新技术初创企业,拥有一项名为Teslatronics的晦涩难懂的新技术。这个公司正在研发一台代号为“头戴式收发器”的机器,允许用户通过心灵感应而非传统的有线或光纤连接通信网络。Herbie告诉我,这个机器的样机工作正常,但市场定位将会很麻烦,因为在测试过程中,每个人都极力发表自己的想法,但似乎没人愿意听别人的想法。
Herbie对我说:“我们刚收到你最新一期的《HOTNEWS》,上面提到风扇是一个散热神器。我们非常期待在新开发的系统中使用风扇。15min后会有车来接我去机场,在这之前你能把所有关于风扇的知识讲给我听听吗?”
我将双脚翘起放在面前的桌子上,进入业务咨询模式。我问Herbie:“你的系统里有哪些器件?为什么你觉得系统需要风扇?”
Herbie迅速地在白板上画了一个示意图,然后告诉我:“系统里有一些网络板卡,这个是CPU卡,这个是主电源,那个则是人脑单元HBU。HBU可能是这个系统中对温度最敏感的部件。”
“HBU是什么?HBU里有电解电容吗?”
Herbie回答:“哦,没有电解电容。HBU是人脑单元(Human Brain Unit)的简写。在样机里。”
“人脑单元?”我惊讶不已,双脚瞬间从桌上滑落下来。
Herbie解释道:“HBU是连接客户端的无线电收发器。目前还处在研发第一阶段,HBU暂由一个人来代替。有很多电线贴在这个人的头部,由他来接收远端发送来的心灵感应信号,并将这些信号发送到网络板卡中。最终我们将会做一个胶囊状HBU器件,将来的HBU只包含人体大脑的左半球功能。”
“研发HBU可能会遇到一些困难吧?”
Herbie继续解释:“HBU是第二阶段我们应该考虑的事情,目前最令我担心的是这个电源模块。这个电源是我们从PowSup公司购买的产品。产品说明书上提到,空气流量为25CFM时,电源满负荷运行的最高环境温度是50℃。我从BloHard公司拿到了一个最大风量为25CFM的风扇样品,并将这个风扇安装在电源上,却感觉不到出风口有什么风。哪里出错了呢?”
我拿出一本翻旧了的BloHard公司的产品手册,找到Herbie选择的风扇。我问Herbie:“你知道CFM是什么意思吗?”
Herbie做了一个鬼脸,好像自己光着脚踩到湿软的东西一样,说道:“我猜这是类似centifemiron[1]的公制单位。”
“接近正确答案了。CFM意思是立方英尺每分钟(Cubic Feet per Minute),指的是风扇驱动空气的体积流量。25CFM表示每分钟有25ft3的空气从风扇流出来。”
Herbie高兴地说:“太好了,竟然有这么多空气从电源盒子里流出来呀。”
我纠正Herbie:“注意,这里有一行小字体文字,即25CFM是风扇的最大空气体积流量。当你把风扇挂在大房间中央的时候,风扇能够吹出来的风量就是它的最大风量。而当你把风扇安装在一个小盒子或铁架子上的时候,风扇的风量会下降。因为盒子或铁架子这类东西会阻碍空气流动。至于空气流量下降多少,可以从图11-1中估算出来。”
图11-1 Herbie挑选的“25CFM”轴流风扇的性能曲线
Herbie咬着嘴唇,说:“我见过这张图,但是看不懂。我现在能理解CFM,但究竟水(H2O)跟风扇有什么关系呢?”
我对Herbie说:“英寸水柱是有点奇怪,但这是表示大气压力的一种有效方式。大气压力还有其他单位,比如磅每平方英寸、轮胎压力、牛顿或大气压。这张图表告诉我们,风扇在一定的压力下能够推动多少CFM的空气流过阻力区域。风扇需要克服的压力越大,则风扇能够推动的空气流量越小。你看,当风扇安装在无阻力区域时,空气流量可以达到25CFM。”(www.zuozong.com)
“我明白了。那么,1in水柱是多大压力呢?”
我问Herbie:“我记得你是一个天气迷,对吧?你一定习惯用英寸汞柱来描述大气压力了,一个标准大气压大约是30.07in汞柱。这个大气压是这样测出来的:取一根一端封闭的玻璃管,向管内注满水银,然后翻转玻璃管,将玻璃管开口端插入一个装有水银的盆中,如图11-2所示。水银柱会向下移动一小段距离,在玻璃管封闭一端形成真空。当玻璃管外的大气压和管内的水银柱的重量达到平衡状态时,管内水银柱高度保持不变。在玻璃管旁边贴一把直尺,测量管内水银柱的高度。当大气压变化的时候,管内的水银柱高度会随之变化。大气压就是用管内水银柱高度来表示的,比如海平面的大气压约为30in汞柱。”
图11-2 气压计:如何用英寸汞柱计量大气压
Herbie恍然大悟:“那么也可以用英寸水柱来计量大气压了。”
“我正要和你说这个。我们可以用水做相同的实验,但没人想要这样做。因为水银的密度比水的密度大很多,用水银做气压计尚且需要3ft的玻璃管,如果用水做气压计的话,至少需要34ft的玻璃管。”
Herbie试图纠正我:“你刚刚说的是英尺,难道不是英寸吗?”
我告诉Herbie:“我刚才说的就是英尺。你或许可以在研发大楼旁边安装一个用水做的气压计,但你却不得不站在三楼的椅子上去读气压计的刻度值。”
Herbie仔细地盯着风扇性能曲线,对我说:“但是图表上的单位是英寸水柱,不是英尺水柱。如果你是对的,那么这个风扇克服不了多大的气压阻力。”
“这正是我要说的,1in水柱气压并不是很大。你看,34ft水柱是一个标准大气压,这个风扇能克服的阻力只有0.1in水柱,大约只有一个标准大气压的万分之二。”
Herbie不好意思地挠挠头,对我说:“看来是我的问题,我选择的风扇太弱了,无法胜任电源冷却工作。但是,热设计大叔,我应该怎样挑选风扇呢?”
“我们公司的良好设计准则对此有专门的介绍。”我脱口而出:“这本指南介绍了风扇性能曲线和系统阻力曲线。你可以自己阅读,或者请我喝杯咖啡,由我来讲给你听。”我拿到了免费的咖啡,开始在餐巾纸上画了一张草图,如图11-3所示。
“风扇性能可以用一条流量-压力曲线来描述,而机柜有一条类似这样的系统阻力曲线。”我告诉Herbie:“系统阻力曲线跟风扇性能曲线方向相反,想要更多的风量流过机柜,则需要风扇克服更大的阻力。如果你知道机柜的系统阻力曲线,就可以将这条系统阻力曲线画在风扇性能曲线图表上。两条曲线的交叉点,就是风扇在机柜的工作点,工作点的横坐标就是流过机柜的空气流量。”
图11-3 系统阻力曲线与风扇性能曲线的交叉点就是风扇的工作点
Herbie问我:“有什么手册可以查到机柜的系统阻力曲线呢?你有这样的手册吗?”
“没有手册可查。机柜的系统阻力曲线与机柜的大小、形状以及机柜内部板卡的安装位置有关,另外,线缆、通风孔的设计、气流方向上的弯道等,对机柜的系统阻力曲线都有影响。甚至,即使你有机柜样机,如果没有风洞设备的话,你也无法测得系统阻力曲线。送你去机场的豪华轿车已经来了,我给你一个经验准则吧!挑选一个比系统所需风量更大的风扇,风扇的最大风量最好是系统所需风量的两倍。比如机柜需要25CFM,你最好选择一个最大风量为50CFM的风扇,然后将风扇安装在机柜里测试一下。”
Herbie将这张画有草图的餐巾纸折好放入他的口袋,大口喝下咖啡,然后急匆匆地冲向豪华轿车。我相信,将来我一定能在Her-bie的某份报告里看到这张带有咖啡印迹的草图。至少Herbie已经明白,那个最大风量仅为25CFM的风扇不可能从他的机柜中抽走25CFM的风量。过些时日,我会给Herbie打电话,告诉他那个电源的热规格太模糊了,没什么用处。Herbie在测试电源的时候还需要考虑海拔的变化,或许还要考虑系统风扇的冗余设计。
[1]centifermiron单词中含有CFM。——译者注
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