汽车热交换器的传热和阻力特性研究

摘要

热交换器作为主要的冷却部件，决定了车辆冷却系统能达到的最大工作效率。然而热交换器的研究大部分以实验为主，通过大量测试数据，获得传热与阻力性能的经验关系式，以此作为热交换器的设计依据，但是实验往往需要耗费大量的时间和资源才能得到高质量的结果，成本高，不能有效地在设计初期做出决策，指导产品的设计。为此，本文以某汽车热交换器为研究对象，首先建立了百叶窗式翅片热交换器模型，采用计算流体方法进行了汽车热交换器的传热和阻力特性研究，获得了不同入口空气流速下，百叶窗翅片空气侧速度场、压力场和温度场的分布规律，得到了以下主要结论：
　　（1）空气流入百叶窗翅片，百叶窗下端的空气流速较高，而当流动方向改变后，百叶窗上端的空气流速较高。入口空气的流速较低时，翅片的强化传热作用较弱；随着入口空气流速的增大，百叶窗翅片的强化传热作用开始趋于稳定，但是百叶窗翅片的压降上升剧烈；
　　（2）百叶窗开窗角度（La）La=21°时，进出口压降最低，较La=23°时降低7％，La=23°的进出口压降较La=25°也降低7%，而百叶窗角度为25°和27°时进出口压降几乎没有变化。百叶窗开窗角度La=21°与翅片表面传热系数较La=25°相比，翅片表面传热系数增大5%；
　　（3）随着百叶窗间距（Lp）的增大，进出口压降减小，Lp为1.1mm时的进出口压降较Lp为0.8mm时减小20%，Lp为1.4mm时的进出口压降较Lp为1.1mm时的进出口压降减小30%。百叶窗间距Lp为1.1mm时，换热效果最好；
　　（4）翅片厚度（δ）对翅片性能的影响趋势明显，随着翅片厚度的减小，翅片表面换热系数增加，进出口压降减小，因此，翅片综合换热系数增加的幅度较大。δ=0.18mm翅片综合换热系数比δ=0.2mm翅片综合换热系数高20%，δ=0.16mm翅片综合换热系数比δ=0.18mm翅片综合换热系数高15%。翅片厚度越小，翅片综合性能越好；
　　（5）对热交换器的结构参数进行了优化，改进后的模型压降降低了20%，翅片表面传热系数增加了4%。表明优化模型传热和阻力性能都更好。

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1 绪 论

1.1 汽车冷却系统散热器概述

1.2 百叶窗式翅片热交换器的结构和性能特点

1.3 百叶窗式翅片热交换器的评价方法

1.4 百叶窗式翅片散热器的研究现状

1.5 本课题研究意义

1.6 本课题研究的主要内容

2 百叶窗式翅片热交换器的理论计算

2.1 百叶窗式翅片热交换器基本结构

2.2 百叶窗式翅片热交换器传热的理论计算

2.3 百叶窗式翅片热交换器的流动阻力的理论计算

2.4 理论计算结果

2.5 本章小结

3 百叶窗式翅片热交换器的数值计算

3.1 基本守恒方程

3.2 计算模型

3.3 数值计算方法

3.4 边界条件的设置

3.5 几何模型的简化及建立

3.6 网格划分

3.7 数值计算结果分析

3.8 本章小结

4 不同参数对翅片散热性能的影响规律研究

4.1 百叶窗不同开窗角度对翅片性能的影响

4.2 不同百叶窗间距对翅片散热性能的影响

4.3翅片厚度对翅片散热性能的影响

4.4 本章小结

5 翅片结构的优化设计

5.1 翅片的结构优化

5.2 优化模型的传热和阻力分析

5.3 本章小结

6 总 结

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录：

B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录：