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发表于 16 小时前 | 查看: 0| 回复: 0

随着CPU与显卡功耗的不断攀升,玩家们对于整机散热性能的要求也水涨船高,同时,运行静音也逐渐成为大家关注的重点。为了提升散热效果,厂商们绞尽脑汁,其中有一个非常直接有效的方法:增大散热风扇的尺寸。那么,尺寸变化会给风扇带来哪些细节上的改变?性能提升究竟有多大?接下来,我们就以最具代表性的12cm与14cm风扇为例,进行一次深入的探讨。

增大风扇尺寸能带来多大提升?

我们常说的风扇性能指标,无外乎风量和静压。静压越高,意味着风扇克服气流阻抗(如机箱网孔、风冷散热器鳍片、水冷冷排等)的能力越强。风量则指单位时间内流过风扇出风口的空气体积,常用单位是CFM(立方英尺每分钟)。

关于风量的计算,有一套基础公式:

风量 = 流速 × 面积

可以看出,风扇的风量与扇叶产生的气流速度以及进风面积成正比。而进风面积,其实就是风扇除去轴心后的环形部分面积,计算公式为:

进风面积 = π/4 × (扇叶直径² - 轴心直径²)

蓝色风扇尺寸特写

假设一把12cm风扇,在保持轴心直径和气流速度不变的情况下,直接等比放大成14cm版本。此时,风量大小粗略地与风扇尺寸的平方成正比。计算下来,风扇增大至14cm后,理论上能获得约1.4倍于12cm版本的风量。其他尺寸间的差距也可以这样估算。

当然,现实情况不会如此理想化,尤其是“保持气流速度一致”这一点很难实现。14cm风扇拥有更大面积的扇叶,能搅动更多空气,形成更强劲的气流并通过更大的出风口。只要设计没有缺陷,其效能基本上全面超越12cm风扇。甚至在面对气流阻抗时,两者的性能差距可能不止40%。

实际的外观差异

为了验证上述估算,我们以联力UNI FAN SL-INF系列风扇为例进行具体分析。

12cm与14cm风扇外观对比

乍一看,SL-INF 120和SL-INF 140除了大小似乎没区别。但仔细观察就会发现,SL-INF 140的轴心直径增大了约5mm,扇叶面积做得更大,扇框内侧与扇叶尖端的距离也控制得更为保守。这些设计调整是为了结合大尺寸风扇的特性,在空气性能、噪音控制和运行稳定性之间取得平衡。因此,实际的进风面积并不会像理想公式计算的那样简单增大。

联力风扇规格参数对比表

如果我们将两款风扇实测的具体尺寸数据代入公式计算,会得出一个更精确的比值——1.45倍【(84.3/74.2)²≈1.45】。那么,在实际的专业设备测试下,两者的风量差距又会是多少呢?

实测性能表现

单风扇性能对比

我们的测试力求严谨。测试风量和静压的自制风洞机严格遵循相关的国家标准与ISO标准,并引入高精度设备以减少测量误差。

符合ISO标准的专业风洞测试设备

为了尽可能还原真实使用场景,我们还改良了模拟不同阻抗环境的测试模块。

模拟机箱、风冷散热器、冷排等测试场景示意图

  • 模拟机箱:采用联力鬼斧207机箱的网孔前面板,模拟前置进风阻抗。
  • 模拟风冷散热器:使用猫头鹰NH-D15塔体作为标准件,并针对不同风扇尺寸做了适配填充。
  • 模拟冷排:采用27mm厚度的标准单风扇冷排,120与140规格为同系列产品。

噪音测试在我们自建的消音实验室中进行,环境噪音可控制在10分贝以下,能更精准地捕捉低转速下的噪音表现。

声学实验室中的风扇噪音测试

我们综合两款风扇的转速区间,选取了1000 RPM、1200 RPM和1500 RPM三个档位进行同转速性能对比。

同转速空载风量对比柱状图

从同转速的空载风量对比图可以看出,在三档转速下,14cm风扇(SL-INF 140)的风量领先优势均在50%左右,与前面计算的45%理论值接近。

同转速空载噪音对比柱状图

噪音方面,SL-INF 140在三档转速下均高于SL-INF 120,但在1000 RPM时差距相对较小。这意味着,SL-INF 140需要利用其风量优势,通过降低转速来弥补同转速下的噪音不足。

模拟机箱风量对比
模拟风冷散热器风量对比
模拟冷排风量对比

当落实到日常的阻抗场景时,两款风扇在模拟机箱和模拟风冷散热器下的性能差距基本保持在40%~50%。但在模拟冷排这种高阻抗场景下,差距被进一步拉大,并且在低转速(1000 RPM)时达到了85%。这充分体现了14cm风扇更大扇叶面积所带来的高效气动性能。

模拟冷排同噪音风量性能对比
模拟风冷同噪音风量性能对比
模拟机箱同噪音风量性能对比

最后,我们看最能体现风扇综合性能的“同噪音有效风量”指标。在将噪音统一控制在36dB(A)的条件下,SL-INF 140在三种标准阻抗场景下,有效风量均稳定领先SL-INF 120约24%。这表明,虽然增大尺寸会增加同转速下的噪音,但气动性能的提升更为显著,完全可以通过降低转速来换取更安静且更强效的表现。

多风扇上机性能对比

只看单风扇的空气性能还不够,我们还需要在实际的整机场景中进行验证。通常,能同时完美支持12cm和14cm风扇的,主要是机箱。

我们选择了分形工艺Meshify 3 XL机箱(所有风扇位均兼容12/14cm)搭配模拟整机发热平台进行测试。这套平台相比真实装机有更好的一致性,能避免多次烤机带来的性能波动。

用于测试的稳流稳压电源
模拟发热平台(显卡)

测试风道设定为前面三把风扇进风,后部和顶部各一把风扇出风。

分形工艺Meshify 3 XL机箱内部结构

多风扇上机散热性能对比(满转速)
多风扇上机噪音表现(满转速)

不出所料,SL-INF 140组依旧表现高效,但相比单风扇测试,它与SL-INF 120组的整体差距感知缩小了。对于不追求极致的用户来说,使用12cm风扇并不会带来非常明显的体验降级。

多风扇上机散热性能对比(同噪音)

切换到同噪音条件后,两款配置下的CPU/显卡温度均有上升。对于SL-INF 120组,显卡温度与14cm组几乎持平,但CPU温度却被拉开了接近4℃。这表明,作为机箱风扇,尺寸更大的14cm风扇确实更有优势。当然,这个结论的前提是CPU/显卡散热器本身能有效地将热量导出,我们的模拟平台在这方面优于普通实机,因此结果更为明显。

风冷散热器组合搭配性能对比

比起机箱,风冷散热器塔体和水冷冷排的形状通常与风扇尺寸一一对应。但乔思伯HX7280(已基本停售)是个特例,它默认配备了两把14cm和一把12cm风扇,让用户在内存兼容性和前置风扇性能间做权衡。

乔思伯HX7280风扇组合示意图

我们以猫头鹰NH-D15 G2这款双塔旗舰为测试载体,通过更换扣具固定联力风扇,测试了三种搭配:双12cm、12cm+14cm混搭、双14cm。

CPU模拟发热平台

风冷散热器不同风扇组合散热性能对比(满转速)
风冷散热器不同风扇组合噪音对比(满转速)

在风扇满转速运行时,12cm+14cm的混搭组合展现了不输双14cm的实力,0.1℃的温差可视为测试误差。但转速更高的12cm风扇确实更难控制噪音,拉开了2.5分贝的差距。用这点噪音换取更好的内存兼容性,算是有得有失。而双12cm组合不仅噪音最大,散热表现也相对较差,因为风扇扇叶直径始终比塔体鳍片小一圈,无法高效带走热量。

风冷散热器不同风扇组合噪音对比(同噪音)

同噪音下的性能对比再次证明了塔体与风扇尺寸适配的重要性。如果强行把12cm风扇装在14cm的冷排上,结果恐怕也大抵如此。

总结

随着尺寸增大,风扇的扇叶面积得以扩展,从而获得更优的空气性能。理论估算显示,在理想条件下,14cm风扇的风量约为12cm的1.4倍。结合实际产品,厂商会针对大尺寸进行优化设计,例如联力UNI FAN SL-INF的14cm版本,其空载风量就比12cm版高出约45%,在高阻抗场景下差距甚至更大。毫无疑问,14cm风扇更能满足对散热效能有高要求的用户。

然而,在PC硬件领域,12cm风扇的地位极为稳固。机箱往往是先预留12cm孔位,再选择性兼容14cm;优秀的12cm风扇在性能上足以对抗普通的14cm产品。因此,厂商更倾向于将大尺寸风扇作为特定机箱或散热器的配套方案,以实现“1+1>2”的效果,提升整体性价比。而作为单品,它则更偏向功能化,服务于那些需要提升整机颜值或弥补特定散热短板的用户。

如果你对这类硬件底层原理和性能评测感兴趣,欢迎在云栈社区与更多技术爱好者交流探讨。




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