車用翼型熱管散熱器參數化分析與模型研究

熱設計 2021-10-30

0 引言

隨著工程車輛的廣泛應用,車輛的工作負荷也越來越大,對散熱系統進行分析研究,以保證車輛有良好的散熱,對于車輛安全可靠運行有著重要作用?

國內學者秦四成等[1]對工程車輛機罩進行了改進,從而提高了散熱器模塊的性能;黃曉明等[2]通過不斷改變翅片參數,對自然對流情況下的散熱器進行仿真分析,提出了翅片優化原則;趙駱偉[3]利用整車的散熱數據對散熱器組進行了改進研究;劉佳鑫等[4]對散熱器進行了多方面的研究;董軍啟等[5]對板翅開窗翅片?平直翅片和百葉窗翅片的散熱性能和阻力性能進行了分析;肖寶蘭等[6]分析了散熱器各參數對其散熱和流動性能影響的大小;劉曉[7]通過仿真證明相同尺寸下的管帶式散熱器性能高于管片式散熱器?國外學者在提高散熱器性能方面做得研究相對廣泛,AhmedSA等[8]利用TiO2水納米流體增強散熱器的散熱性能;VaelikangasT等[9]通過添加渦發生器達到增強散熱器整體性能的目的?

本文針對國內某型號工程車輛,利用CFD(ComputationalFluidDynamics)對其不同熱管和翅片布置下的散熱器單元進行仿真分析,并對仿真與實驗數據進行對比分析,從而為翼型散熱器進一步研究提供一定的理論支持?

1 散熱器仿真模型

1.1散熱器單元體模型

在已有研究的基礎上,根據廠商提供的結構參數,利用UGNX8.0建立某工程車輛的管片式散熱器模型?

散熱器主要由進水室?出水室和芯體這三部分組成,芯體為管式散熱器的主要結構?管片式散熱器芯體模型如圖1所示,芯體由翅片和熱管組成,芯體的具體結構參數如表1所示?

1.2CFD網格劃分以及邊界設置

利用ANSYS進行網格劃分,此處采用混合網格對模型進行網格劃分;同時,在邊界層起始位置將結構性網格按比例縮放,直至覆蓋整個翅片,翅片網格劃分如圖2所示,網格劃分數量約為200萬?

為了便于研究,將熱管側邊界設置為恒溫,為了得到穩定的氣流,將單元體前后分別延長,翅片單元體邊界設置如圖3所示?

1.3試驗驗證

在Fluent中進行流體動力學仿真分析,為了驗證模型的準確性,在出?入口截面處布置溫度以及風速傳感器,將所得數據換算成換熱系數與壓力損失?圖4?圖5分別為壓力損失與換熱系數實驗數據和仿真結果的對比,從圖中可以看出二者擬合較好,因此可知該模型是準確的?

2 翼型熱管散熱器參數對性能的影響

2.1翅片結構參數對散熱器換熱特性影響分析

2.1.1叉排與順排對散熱器換熱特性的影響分析

叉排是指前排兩熱管間隔的中央為后排熱管的位置(如圖1所示),前后兩排熱管數差1;順排是指兩排熱管位置前后對齊,前后兩排熱管數相等?對叉排與順排的散熱器芯體模型進行仿真分析,結果如圖6所示?從圖6可以看出,當氣體流速達到12m/s時,叉排散熱器的換熱系數高出順排散熱器的換熱系數22.4%?究其原因主要是因為叉排散熱時,熱管在兩側交替持續散熱,換熱效率高?