新型管芯式散热器热工性能试验研究

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1、http://www.paper.edu.cn新型管芯式散热器热工性能试验研究席明智，李迎春，关颖，盖永田（内蒙古工业大学能源与动力学院呼和浩特010062）(lyc322422@sohu.com)摘要:汽车散热器是汽车的重要部件，它是水冷式内燃机冷却系统中不可缺少的组成部分，它的正常工作对发动机（内燃机）的动力性、经济性和可靠性至关重要。本文通过试验的方法对新型管芯式散热器进行了研究，根据国家标准建立了一套汽车散热器热力性能试验系统；运用该系统对管芯式散热器进行了较为系统的试验研究，获得了它的三种水管排数下的传热与阻力特性的试验数

2、据；运用最优化方法通过计算机编制程序，对数据进行处理和计算，从而得到了管芯式散热器的三种管排数的空气侧与水侧的对流换热准则方程式。关键词：管芯式换热器；性能实验；传热特性；准则方程。一引言国外对管芯式散热器的研究是美国L＆M散热器联合公司于上世纪八十年代才开始的，九十年代在康明斯重型矿用汽车上装用，但一直未见其热力性能的相关报道，国内也没有针对管芯式散热器的研发及其热力性能和结构设计的报道。国内外对于管片式和管带式散热器的研究已很深入，针对管芯式散热器目前尚缺少理论上的系统性基础研究。因此，对管芯式散热器进行热力性能试验研究，确定其

3、热工参数的经验公式，验证理论分析的正确性，将是具有创新意义的。二实验装置和实验方法图1是管芯式散热器的翅片简图,散热器的实验元件结构参数,表1介绍管芯式散热器结构参数。表1二,三,四排管芯式散热器结构参数散热器结芯子结构尺寸芯冷却水管冷却水管散热带散热带散热带面2形式宽×芯高×芯数目尺寸(mm)数目节距(mm)积(m)管芯式300×300×8825,38,504.3×181154.86.574http://www.paper.edu.cn图1翅片结构图2实验装置简图1进风口2整流网3前风筒4风速测量5进风温度6进水温度7出口温度8后

4、风筒9方-圆过渡段11挠性联接12风机13微调风量口14主风量调节口15加热装置16水阻测量17水流量测量18水阻测量19风阻测量20出水温度21试件图2为实验系统简图，再水路循环管路中，水流量由标准孔板流量计（17）测量，配用最小刻度值为1毫米的U形管汞柱压差计，安装方式按照JB1041-67《水柱流量的的测定方法》进行。进出口温度均由精度为0.1的水银温度计测量。在风洞入口处均有整流网，采用24目三层钢丝网，每层间距为100mm。风速测量，采用毕托管并配用最小刻度值为0.1毫米的倾斜式微压计（4）。进出风温度（5，7）热电偶堆测

5、温网，由25对铜-康铜热电偶并联接线组成，测温点在测量段截面的均布。三实验结果的处理与理论分析由试验中的各工况下测得的水与空气的温度、动压和阻力等原始数据，根据计算公式，就可得到各个试验点的水流量、水的散热量、水阻、空气的质量风速、吸热量、传热系数和风阻等性能参数，由这些参数可整理成相应的准则方程。通过传热特性试验计算出的散热器的传热系数之后，，本文在试验数据的处理中，采用了最优化方法，整理出二排管、三排管、四排管的对流换热系数等准则方程。此方法通过计算机来实现，事先必须把传热特性数据计算数学化，主要的步骤如下：a.输入计算所需的数

6、据：http://www.paper.edu.cn由原始的试验数据通过一系列热工计算公式可求得计算机程序中所需输入的数据，这些数据包括进出口的水温th1、th2，进出口的空气温度tc1、tc2，水侧与空气侧的雷诺数Re1、Re2，由试验获得的传热系数K。同时，计算对流换热系数所需的一些中间变量也要在程序的开始时给出，如翅片和水管的当量直径De1、De2,翅片和水管壁的导热系数λf、λw，翅片的高度及厚度H、δ，水侧与空气侧的传热面积A1、A2，翅片散热面积AⅠ及水管暴露于空气流中的面积AⅡ等。b.确定目标函数：散热器的换热面两侧的对

7、流换热准则方程由相关工程传热的经验公式给出,水侧：n1m10.14Nu1=C1Re1Pr1(μ1/μw1)(1)空气侧：n2m2Nu2=C2Re2Pr2(2)式中Nu为努谢尔特准则，α⋅DeN=(3)λ2式中：α对流换热系数[W/m·℃]；Re雷诺数De当量直径[m]；λ流体的导热系数[W/m·℃]；2ν流体的运动粘度[m/s]。于是由公式（1）、（2）可以得到公式：0.14α=λ1cRen1Prm1⎛⎜µ1⎞⎟与α=λ2cRen2Prm21D111⎜µ⎟2D222e1⎝w1⎠e21由已推导出总的传热方程:k=(4)11+r+αAα

8、(A+ηA)112ΙfΠ这样从给定的一组初始参数(c1、n1、m2、c2、n2、m2)出发，由上述公式（1）、（2）推导出公式计算出换热面两侧的对流换热系数α、α的数值后,代入总的传热方程式(4)算出一12组传热系数，即为计算得出的K