塑铝复合柱翼型散热器热工性能分析与优选

摘要

本文以通水管路为塑料、传热部件为铝合金的塑铝复合柱翼型散热器为对象，选取两组塑铝复合柱翼型散热器进行研究，试件一的外形尺寸为845mm× 660mm×80mm、试件二的外形尺寸为745mm×660mm×80mm，进行了如下的几项研究工作并得出相应结论： 1）建立塑铝复合柱翼型散热器孤立肋片的数学模型，用单位长度的塑铝复合柱翼型散热器作为对象，对热量由热水介质通过散热器的通水管和散热量片的传递过程进行了理论分析，导热微分方程是结合傅里叶定律和热力学第一定律来确定，控制方程是依据散热器散热过程的单值性条件来确定的，综合考虑散热器的对流换热和辐射换热，得出塑铝复合柱翼型散热器标准工况下的理论散热量，其中试件一的散热量为920 W ，试件二的散热量为828 W。 2）通过散热器试验台对两组不同尺寸的塑铝复合柱翼型散热器进行了低、中、高温三种工况的热工性能实验，记录实验中三个工况的实验数据，根据每个工况测得结果,利用最小二乘法进行拟合回归，用二元线性回归方程方法计算得到标准特征公式（即求出散热器的散热量与温差之间的关系表达式）。其中试件一的散热量公式为Q=7.678Δt1.2657，修正系数为0.99995，标准工况下散热量为937 W ，试件二的散热量公式为Q=6.660 Δt1.2743，修正系数为0.9996，标准工况下散热量为840 W ，这说明利用最小二乘法拟合出散热量的标准特征公式是准确的。将试验所得散热器的实际散热量与理论散热量进行对比，相对误差分别为2.6%和1.3%，从而验证了理论计算公式所得散热量的准确性。实验中还利用红外热像仪测量散热器外壁温来验证理论计算所得散热量的准确性。 3）通过ICEM软件建立试件一单柱塑铝复合柱翼型散热器的物理模型，划分网格后导入 Fluent 中进行条件的设置，模拟出模型在低、中、高温以及标准工况四种工况的温度分布云图以及散热量。在标准工况下，Fluent模拟出的散热量是860 W ，再将Fluent模拟出的散热量与上文求出的实验测试散热量和理论计算出的散热量三者进行比较，得出其三者之间的两两相对误差均小于10%，说明ICEM软件建模以及Fluent软件计算过程设置的控制条件是准确的。 4）通过以上散热量理论计算的模型，本文进一步选用试件一进行结构优选。调整塑料管路的导热系数（令λ=0.2、1、3、9、15W/(m?K) ）和铝合金肋片的形状尺寸（令肋片a=1～20mm，肋片c=49～91mm），计算出散热器的理论散热量和铝合金肋片金属热强度值，寻找出一个符合散热器散热量大、铝合金金属热强度大的散热器的肋片范围。通过计算发现，塑料管的导热系数增强，散热器的散热量增大，但是，当塑料管的导热系数大于6W /(m?K)后，散热量的增加将不再明显；伴随着散热器肋片长度的增加，散热器的散热量逐渐增大，金属热强度减小，反之亦然。通过对比选出相对较好的散热器参数范围是：塑料管的导热系数3W /(m?K)<λ<5W /(m?K) ，肋片a的高度范围2mm

目录

第一个书签之前

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1引言

1.1.1我国散热器发展现状

1.1.2民用住宅对散热器产品的性能要求

1.1.3不同类型散热器特性对比分析

1.2 水质对散热器使用寿命的影响

1.2.1我国水资源分布

1.2.2散热器供热系统管路腐蚀的原因

1.3 课题研究的背景及意义

1.3.1课题研究的背景

1.3.2课题研究的意义

1.4 本文的主要研究工作

1.5 本章小结

第2章 塑铝复合柱翼型散热器的散热理论分析

2.1导热过程中的单值性条件分析

2.2 塑铝复合柱翼型散热器的传热计算分析

2.2.1 散热器圆筒壁散热过程的理论分析

2.2.2 散热器肋片散热过程的理论分析

2.2.3 散热器的铝合金外壁与空气之间的对流换热与辐射换热分析

2.3 标准工况下塑铝复合柱翼型散热器的理论散热量计算结果

2.4本章小结

第3章 塑铝复合柱翼型散热器的散热实验测试

3.1 测试系统配置

3.1.1测试系统

3.1.2测试小室的要求

3.1.3热媒循环系统参数的测量要求

3.1.4测试装置

3.1.5 散热器样片的准备与安装的基本要求

3.2 测试方法

3.3 FLIR红外热像仪简介

3.4实验测试结果

3.4.1 红外热像仪检测结果

3.4.2 实验数据

3.4.3实验数据与理论数值计算的比较

3.5误差分析

3.6 本章小结

第4章 FLUENT数值模拟分析

4.1 ANSYS Workbench 14.0平台简介

4.2 ICEM—CFD简介

第5章 散热器优化

5.3.1对散热器塑料管道进行导热系数的优选

5.3.2 对散热器进行肋片结构优化

结论及展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作