Инженер Noctua объяснил, почему идеальный вентилятор для ПК до сих пор не создан

В разговоре с YouTube-каналом Gamers Nexus представитель компании Noctua Джейкоб Деллинджер (Jacob Dellinger) рассказал об основах проектирования вентиляторов для охлаждения ПК — от геометрии лопастей и акустики до воздушного потока и сопротивления радиатора. Хотя существующие конструкции совершенствовались десятилетиями, Деллинджер предполагает, что для дальнейших существенных улучшений в будущем могут потребоваться прорывы в разработке новых материалов.

Источник изображений: YouTube / Gamers Nexus

Деллинджер пояснил, что понятие «угла наклона лопасти» относится к геометрическому наклону между лопастью вентилятора и плоскостью вращения, а «угол атаки» описывает аэродинамическое взаимодействие между лопастью и набегающим потоком воздуха. Эти углы изменяются по длине лопасти — они круче у ступицы и положе у кончика — в соответствии с профилем скорости вращения.

Больший угол наклона лопасти увеличивает воздушный поток за один оборот, но повышает риск срыва потока и усиления акустической турбулентности. Даже небольшие изменения угла наклона — всего на 1° — могут заметно повлиять как на эффективность воздушного потока, так и на уровень шума.

Количество лопастей вентилятора напрямую влияет на частоту их прохождения, которая коррелирует с показателем шума. Например, семилопастной вентилятор, вращающийся со скоростью 2000 об/мин, издаёт звук с более низкой частотой — 233 Гц по сравнению с девятилопастным вентилятором, у которого этот показатель достигает 300 Гц. Однако уменьшение количества лопастей влечёт за собой компромиссы в создаваемом давлении воздуха и жёсткости конструкции. Разработчикам приходится компенсировать это увеличением площади лопастей или более высокой скоростью вращения, что может нивелировать акустическое преимущество. В настоящее время компания Noctua отдаёт предпочтение девятилопастным конструкциям для 120-мм вентиляторов, ссылаясь на то, что они обеспечивают баланс между воздушным потоком, давлением, структурной жёсткостью и акустикой.

Конструкция радиатора влияет не только на эффективность охлаждения, но и на шумовые характеристики вентилятора. Хотя радиаторы выигрывают от большего количества рёбер и увеличенной площади поверхности, повышение плотности рёбер создаёт сопротивление воздушному потоку. Это сопротивление может привести к тому, что вентиляторы будут работать вблизи зон срыва потока на своих кривых давления, увеличивая турбулентность и уровень шума. Теплопередача также неравномерна вдоль ребра: она достигает пика у передней кромки и снижается из-за образования пограничного слоя. В последних разработках Noctua предпринимаются попытки согласовать характеристики вентилятора с соответствующим сопротивлением радиатора, чтобы оставаться в оптимальных диапазонах воздушного потока.

Несмотря на то что инструменты моделирования и прогнозирования стали более совершенными, будущие усовершенствования в конструкции потребительских вентиляторов могут в большей степени зависеть от материалов, чем от геометрии. Переход Noctua с ПБТ и АБС-пластика на жидкокристаллический полимер (ЖКП) позволил уменьшить допуски на наконечники и снизить вибрации, что помогло стабилизировать производительность на более высоких скоростях. Металлические или композитные лопасти теоретически могут дать преимущества, но при этом, вероятно, повысят уровень шума и стоимость производства. Некоторые акустические улучшения уже реализуются с помощью методов контролируемой турбулентности, таких как конструкция ступицы центробежного турбулентатора, применяемая в вентиляторах Noctua G2.

Деллинджер с осторожным оптимизмом относится к возможным будущим прорывам в конструкции вентиляторов. По его мнению, большинство инженерных возможностей уже исчерпано в рамках ограничений, накладываемых текущими материалами и вариантами применения. Хотя концепции с малым количеством лопастей или вовсе без рёбер могут показаться перспективными, практические ограничения по воздушному потоку, турбулентности и стоимости пока удерживают такие идеи на уровне теории.