百叶窗翅片散热器性能试验与数值模拟研究

摘要

散热器是汽车冷却系统中非常重要的组成部分，其主要的作用是通过金属扁管和翅片将热的冷却液的热量传递到外界的空气中去，使冷却液始终保持在合理的温度范围内，从而保证发动机的正常运行。随着现代发动机技术的提升，发动机向着高功率、低排放的方向发展，这对汽车冷却系统工作的可靠性、功率消耗、重量以及结构紧凑性提出了更高的要求。在散热器研发的初级阶段就应该以提高换热性能，降低空气侧阻力，开发新型、高效的换热表面，获得质量轻、体积小的散热器为目标。CFD技术的运用可以大大的节约研发成本和缩短研发周期。
　　本文利用风洞试验研究某百叶窗翅片散热器的性能，通过试验数据，拟合得到精度较高的二次多项式，与风洞试验数据最大误差在6％以内，满足工程设计的要求。为了研究百叶窗翅片空气侧流动特性和水侧换热特性，建立了散热器三维模型，利用FLUENT对水侧、水管、翅片和空气侧耦合计算，计算结果与试验值吻合较好。通过计算得到不同入口风速时不同翅片间距和翅片高度的j因子、f因子和性能判别标准最佳因子a，得到了综合性能最佳的散热器结构参数。本文提出的计算模型精度较高，可用于新的百叶窗翅片散热器优化设计和已有散热器散热性能验证，为百叶窗翅片散热器的优化设计提供理论依据和方向。
　　通过本文的研究发现，风速对散热器散热性能和空气侧压降的影响比水流量的大。通过计算本文各个模型的最佳因子a，得出综合性能最佳的是翅片高度5.5mm和翅片间距2.4mm的散热器。

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1. 绪 论

1. 1课题研究背景、目的与意义

1. 2研究现状

1. 3存在的问题及今后发展的方向

1. 4本文主要工作

2.散热器性能试验

2. 1散热器基本结构

2. 2散热器台架介绍

2. 3散热器性能试验过程

2. 4试验数据结果与分析

2. 5试验数据公式拟合

2. 6本章小结

3.CFD数值模拟的理论基础和方法

3. 1计算流体动力学的基本步骤

3. 2 基本控制方程

3. 3 湍流流动及其数值模拟模型

3. 4 控制方程的离散方法

3. 5离散方程的求解

3. 6 本章小结

4.建立散热器CFD模型

4. 1散热器翅片结构

4. 2物理模型建立

4. 3计算域的建立和网格划分

4. 4 本章小结

5.散热器数值计算结果分析

5. 1数值计算标定

5. 2数值模拟计算结果

5. 3本章小结

6.总结与展望

6. 1研究工作总结

6. 2后续工作展望

致谢

参考文献

附 录：攻读硕士学位期间发表论文