风扇偏置对散热系统性能影响的研究.pdf

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1、j霏矗械第47卷I第2期总第508期赖凡，韦海，赵云峰，韩国胜，覃俊朝广西柳工机械股份有限公司n【▲】摘要I通过CFD仿真与试验相结合的方法研究风扇偏置对散热系统性能的影响。研究结果表明：风扇偏置虽不会造成散热器迎风面总体风速急剧变化，但会对散热系统总体性能产生一定影响：风扇偏置会导致散热器迎风面风场发生变化，风场中心会随着风扇中心的偏移而偏移，风场中心偏移的方向与风扇中心偏移方向一致，这将导致散热器组迎风面风速分布不均匀性增大，使得散热器组迎风面某一区域的风速明显提升，而远离该区域的风速明显降低。关键词：风扇；偏置；散热系统；性能工程机械散热系统主要由散

2、热器组、风扇、导风罩以及支架等零部件组成。一般而言，为了使各散热器迎风面获得均匀的冷却空气，风扇布置中心通常与散热器组的芯子中心重合。然而，节能、环保以及发动机强化等技术的发展对冷却系统的要求不断提高【1l，有时很难保证各零部件按最佳方式布置。由于受到管路、发动机罩、进出风口布置的影响，不能保证风扇布置中心与散热器组芯子中心完全重合，风扇偏置在所难免。风扇偏置必然导致导风罩非对称设计，导风罩的功能是改善风扇效率，使流过散热器芯子的空气分配比较均匀，并限制发动机罩内空气的再循环圜。导风罩作为连接散热器与风扇的中间过渡部件，其设计的好坏直接影响着风扇效率，进而

3、影响整个散热系统效率。本文利用商用软件Fluent对某型装载机风扇布置中心和散热器组芯子中心重合或不重合(偏置60mm)的两种形式进行对比分析，再通过试验测试对分析结果进行验证，以了解风扇偏置对散热系统性能的影响。1流体动力学控制方程基础由于装载机常见运行工况下散热舱内空气流速远小于声速，所以在计算中把空气视为不可压理想流体翻。流体流动要受到物理守恒定律的支配，基本的守恒定律包括：质量守恒定律、动量守恒定律及能量守恒定律。此外，装载机发动机散热舱内流动情况十分复杂，存在大量涡·基金项目：广西科学研究与技术开发计划项目(桂科攻1598007-46)作者简介：

4、赖凡(1985一)，男，研究方向：产品散热系统设计、改进和试验。一2r珧J伯试验-研究TestandReasearch流，必须按照湍流流动处理，因此，系统还要遵守附加的湍流控制方程问。2模型建立2．1几何模型的处理用于分析的两款散热系统如图1所示，Modell表示风扇布置中心与散热器组芯子中心重合，Model2表示风扇布置中心相对散热器组芯子中心向上偏移了60inln。分析模型由风扇、导风罩和散热器组件构成，其中散热器组件包括水散热器、液压油散热器及变矩器油散热器。在进行流场分析过程中，为了便于理论分析，在不影响分析精度又能提高计算效率的前提下，对该模型做

5、了一定的简化，去除了对空气流动影响很小的螺栓、螺栓孔以及倒角部分等。图1散热系统模型2．2网格划分将处理好的三维几何模型导入网格划分软件ICEMCFD。为排除发动机布置、后罩设计、进出风格栅设计等因素对计算结果的影响，本计算假设将该散热系统模型放在空旷的大气环境中，即对模型添加外部流场区域，如图2所示。本分析采用非结构化自动体网格的生产方法，该方法具有较强的工程应用价值，而且生成网格过程中，人工参与的工作量较小，可减轻设计人员负担，但是计算机工作量较大，对计算机性能要求较高is]。为提高计算精度，风扇模型完全保留原始结构，未做任何删减；为提高收敛的稳定性，

6、在速度梯度变化大的地方对网格进行加密处理同，如风扇叶边区域。划分好的散热系统区域网格模型如图3所示。为排除网格划分本身对计算结果精度的影响，本次分析尽量使网格节点数目足够大，且保证两模型的节点数量、网格数量和网格质量基本一致。两模型网格信息对比参数如表1所示。2。lJ稚缸械I2口16．2图2添加了外流场区域的几何模型2．3边界条件设定完成网格划分后，将模型导入Fluent软件，进行边界条件设定。本次计算中假定空气为不可压缩气体，湍流模型选用标准

7、

8、}—∞模型，空间离散采用二阶迎风差分格式，z霏杠拭第47卷I第2期总第508期图3散热系统区域网格模型(Mod

9、ell)表1两模型网格信息对比参数模型节点数网格数网格质量Modell79526247416290．162Model275259543948910．165迭代方式选用SIMPLEC算法，部分边界条件如下。入口边界：pressure—inlet出口边界：pressure—outlet风扇：MultipleReferenceFrame模型散热器：PorousZone模型其他：壁面边界条件为排除水散热器、液压油散热器和变矩器油散热器芯子本身阻力差异对空气流场分布的影响，本计算设置各芯子阻力相等，并设置两模型的边界条件完全一致。3计算结果分析设置收敛标准为o．00

10、01，计算迭代10000步左右收敛。图4展示了两模型的散热器迎风面