车用整体式散热器结构优化设计

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1、车用整体式散热器结构优化设计：整体式无接触热阻翅片管传热元件的翅片与水管一体成型，从根本上消除了翅片与水管间的接触热阻，传热性能较高，是理想的传热元件。采用FLUENT流体计算软件对无接触热阻翅片管翅片结构参数进行了数值模拟，通过对翅片高度、翅片宽度为、翅片厚度和翅片间距等几组不同结构参数数值模拟，结合工艺和翅片强度等因素，得出整体式无接触热阻翅片管翅片结构的优化参数为：翅片高度为7mm，翅片宽度为5mm，翅片厚度为0.2mm，翅片间距为1.8mm。　　关键词：无接触热阻；散热器；翅片管；优化设计　　　　引言：在世界各国生产的各类车辆总数中，汽车所占的比例为最大[1]。用于汽车冷却系统的各

2、种换热器的发展趋势，很大程度上反映了车辆用换热器的发展趋势。为了节约资源，节省能源消耗，在汽车工业中掀起汽车轻量化的巨大技术革命，强烈地要求其产品重量要轻[2]。对于汽车冷却系统中的各种换热器，从体积和重量上来说，以水散热器为最大[3]。因此，水散热器的改进研究使之更小更轻，就成为当务之急。汽车的产销量近年来飞速增长，因此有必要对换热器的结构进行优化设计，以便获得结构紧凑、传热性能良好的换热器。　　1.基本假设与数学模型　　对换热器能量的供给有两种假设：一是恒定的热流密度，二是恒壁温[4]。本文研究的换热器我们采用恒壁温来进行计算，由1图可知换热器结构具有对称性，因此在建立数学模型时选取图

3、2所示的结构作为计算单元。　　空气在散热器翅片中吹过时过高的风速往往会导致压力损失过大和动力消耗的急剧增加，而风速过低时由于制冷时空气在散热器表面的析湿导致空气侧的换热系数降低，换热器的换热能力得不到充分发挥达不到制冷要求，因此散热器的进风速度一般取在10-20m/s之间[5]。故本文数值模拟计算时选取迎面风速为15m/s。　　2.数值模拟结果与分析　　2.1翅片高度影响　　通过数值模拟计算，可知在5mm、7mm、9mm三种翅片高度中7mm高的翅片传热性能最好，分析认为：翅片高度小，传热面积小，翅片高度高，虽然传热面积也增大，但散热效率低，整体性能并不是最好。增加翅片高度可以使翅片表面积增

4、加，但是却使翅片效率下降，因而使有效表面积（即翅片表面积乘以翅片效率）的增加渐趋缓慢，所以整体表现出来的传热性能影响并不大。　　　　2.2翅片厚度影响　　通过数值模拟计算，可知在0.4mm、0.6mm、0.8mm三种翅片厚度中0.4mm厚度的翅片传热性能最好，分析认为：翅片厚度越薄，翅片传热效率越高，翅片的传热性能越好，但翅片薄，要求加工工艺高，且翅片根部强度小，影响翅片根部的可靠性。国产的翅片管的铝翅片一般选用的是0.5～1.2mm。　　2.3翅片宽度影响　　通过数值模拟计算，可知在3mm、5mm、7mm三种翅片宽度中3mm宽的翅片传热性能最好，分析认为：翅片宽度小，边界层厚度薄，平均对

5、流换热系数大，在传热面积不变的条件下，翅片整体传热性能好，但翅片过窄，会影响实际翅片根部强度。　　2.4翅片间距　　通过数值模拟计算，可知在1.8mm、2.3mm、2.8mm三种翅片间距中1.8mm间距的传热性能好，而且间距越小越好，分析认为：翅片间距越小，翅片的片数越多，总体传热面积大，翅片整体传热性能好，但翅片间距越小，风阻越大，风机功率消耗越大，翅片间距的选择要兼顾考虑传热和阻力两者性能。　　3.结论　　数值模拟是为了使散热器的散热能力与翅片间空气的流动达到最优化。因此，有理由认为这种依次改变散热器翅片结构参数进行仿真计算的做法对于散热器的翅片结构设计是有利的。整个数值模拟过程为散热

6、器翅片结构的合理设计、翅片排布的改进和优化设计以及整体式无接触热阻散热器散热性能的研究提供了一定的理论基础，具有一定的借鉴意义。　　综合以上得出的翅片管结构参数模拟结果，并结合工艺和翅片强度等因素，优选出整体式无接触热阻散热器的翅片结构参数为：翅片高度为7mm，翅片宽度为5mm，翅片厚度为0.2mm，翅片间距为1.8mm。