翅侧结构数组对管带式散热器性能影响的数值模拟

摘要

管带式散热器是车辆冷却系的关键换热部件，负责控制发动机循环冷却水的温度。散热器的主要热阻源于水管外壁及散热带（翅片）与空气之间的对流传热热阻。空气流经散热器芯体时，与若干个由翅片和水管壁组成的小通道（换热单元）进行热交换，其换热单元内的流动传热特性主要取决于翅片与百叶窗的结构与尺寸，翅片与百叶窗的结构及尺寸又与散热器芯体的迎风面密切相关。迎风面上换热单元结构与尺寸不仅对单元内流动传热造成影响，还会使散热器的迎风面布置及其紧凑性产生变化。因此，研究迎风面上换热单元的结构与尺寸对提升散热器的热力性能、紧凑性等具有实际应用价值。
　　本文围绕翅窗结构展开研究，旨在寻找合理的结构参数选取策略。基于各结构参数间具有一定的匹配关系，本文选取匹配结构数组为研究对象，这些数组包括翅间距和百叶窗间距、百叶窗宽度和翅高、翅高和扁管宽度。针对以上结构数组，利用CFD软件FLUENT对换热单元内空气的流动传热过程进行数值模拟，通过比较分析换热单元内各数组取值对对流传热系数、压降的影响，引入散热器同耗材热力性能评价因子(JF)A和同体积热力性能评价因子(JF)v，分别从换热面积和体积（紧凑性）角度评价散热器的综合性能，结合散热器生产、运行的实际需要，给出翅侧结构数组的取值范围。主要研究结论有:
　　(1)翅窗间距比对换热单元内的流动传热影响显著，尤其在Lp=1.2mm时更加突出。换热单元内的对流传热系数随Fp/Lp增加呈先下降，后小幅回升，再下降的变化规律，波动出现在Fp/Lp=1.0～1.2范围内，uin=10m/s，Lp=1.2mm时，波动回升幅度为2.9％。换热单元内的压降随Fp/Lp增大而下降，同样在Fp/Lp=1.0～1.2范围内出现微小波动。散热器同耗材热力性能评价因子(JF)A随Fp/Lp的变化也呈现波动式的变化趋势，翅窗间距比对散热器同体积热力性能评价因子(JF)v的影响更为明显。综合考虑散热器生产、运行需要，推荐Lp取1.2mm，Fp/Lp在1.0～1.2范围内选取。
　　(2)窗翅宽度比L1/F1对换热单元内的流动传热有显著影响。相同迎面风速工况下，换热单元内的对流传热系数随L1/F1增大而增大，但增长幅度逐渐减小，而压降则随F1/L1呈近似线性增加趋势。评价因子(JF)A随L1/F1增大呈先增大后减小的变化关系，拐点出现在L1/F1=0.8处，建议L1/F1选取范围为0.75～0.85。
　　(3)翅高F1和扁管宽度Dm共同决定换热单元内的空气流动状况，但不以比值影响换热单元的流动传热。相同的迎面风速工况下，F1对换热单元内的传热和流动阻力影响明显，F1增加，对流传热系数降低，压降降低。Dm=2.5mm的扁管，其对流传热系数高于Dm=2mm扁管，但二者的差别随翅高增加而逐渐减小。从同耗材热力性能角度看，F1增加，散热器性能降低，Dm的影响则可以忽略。而从同体积热力性能角度出发，F1增加，散热器性能降低，较小的扁管宽度对应的散热器性能更佳。建议选取较小的扁管宽度(Dm=2mm)，翅高则推荐为4mm～6mm。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 汽车散热器概述

1．3 汽车散热器研究现状

1．3．1 实验研究发展状况

1．3．2 数值模拟研究进展

1．4 课题研究的主要内容

第二章 百叶窗翅片流动传热特性的数值模拟及性能评价方法

2．1 数学物理模型

2．2 百叶窗翅片结构的几何参数及边界条件

2．3 数值计算方法简介

2．3．1 控制方程离散及流场计算方法

2．3．2 计算单元的网格

2．4 数值模拟结果验证

2．5 散热器综合性能评价方法

2．6 本章小结

第三章 翅窗间距比对散热器热力性能的影响分析

3．1 翅间距和窗间距

3．2 翅窗间距比对百叶窗间流动效率的影响

3．3 不同翅窗间距比对应管间通道的流动传热特性

3．4 翅窗间距比影响通道内流动传热的原因分析

3．5 翅窗间距比对同耗材热力性能的影响

3．6 翅窗间距比对紧凑性及同体积热力性能的影响

3．7 本章小结

第四章 窗翅宽度比对散热器热力性能的影响分析

4．1 窗翅宽度比

4．2 窗翅宽度比对管间流动传热特性影响

4．3 窗翅宽度比对同耗材热力性能的影响

4．4 本章小结

第五章 翅高和扁管宽度对散热器热力性能的影响分析

5．1 翅高和扁管宽度

5．2 不同的翅高和扁管宽度对应的管间流动传热特性分析

5．3 翅高和扁管宽度对散热器同耗材热力性能的影响

5．4 翅高和扁管宽度对散热器的紧凑性及同体积热力性能的影响

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

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