车用翼型热管散热器参数化分析与模型研究

热设计 2021-10-30

0 引言

随着工程车辆的广泛应用,车辆的工作负荷也越来越大,对散热系统进行分析研究,以保证车辆有良好的散热,对于车辆安全可靠运行有着重要作用｡

国内学者秦四成等[1]对工程车辆机罩进行了改进,从而提高了散热器模块的性能;黄晓明等[2]通过不断改变翅片参数,对自然对流情况下的散热器进行仿真分析,提出了翅片优化原则;赵骆伟[3]利用整车的散热数据对散热器组进行了改进研究;刘佳鑫等[4]对散热器进行了多方面的研究;董军启等[5]对板翅开窗翅片､平直翅片和百叶窗翅片的散热性能和阻力性能进行了分析;肖宝兰等[6]分析了散热器各参数对其散热和流动性能影响的大小;刘晓[7]通过仿真证明相同尺寸下的管带式散热器性能高于管片式散热器｡国外学者在提高散热器性能方面做得研究相对广泛,AhmedSA等[8]利用TiO2水纳米流体增强散热器的散热性能;VaelikangasT等[9]通过添加涡发生器达到增强散热器整体性能的目的｡

本文针对国内某型号工程车辆,利用CFD(ComputationalFluidDynamics)对其不同热管和翅片布置下的散热器单元进行仿真分析,并对仿真与实验数据进行对比分析,从而为翼型散热器进一步研究提供一定的理论支持｡

1 散热器仿真模型

1.1散热器单元体模型

在已有研究的基础上,根据厂商提供的结构参数,利用UGNX8.0建立某工程车辆的管片式散热器模型｡

散热器主要由进水室､出水室和芯体这三部分组成,芯体为管式散热器的主要结构｡管片式散热器芯体模型如图1所示,芯体由翅片和热管组成,芯体的具体结构参数如表1所示｡

1.2CFD网格划分以及边界设置

利用ANSYS进行网格划分,此处采用混合网格对模型进行网格划分;同时,在边界层起始位置将结构性网格按比例缩放,直至覆盖整个翅片,翅片网格划分如图2所示,网格划分数量约为200万｡

为了便于研究,将热管侧边界设置为恒温,为了得到稳定的气流,将单元体前后分别延长,翅片单元体边界设置如图3所示｡

1.3试验验证

在Fluent中进行流体动力学仿真分析,为了验证模型的准确性,在出､入口截面处布置温度以及风速传感器,将所得数据换算成换热系数与压力损失｡图4､图5分别为压力损失与换热系数实验数据和仿真结果的对比,从图中可以看出二者拟合较好,因此可知该模型是准确的｡

2 翼型热管散热器参数对性能的影响

2.1翅片结构参数对散热器换热特性影响分析

2.1.1叉排与顺排对散热器换热特性的影响分析

叉排是指前排两热管间隔的中央为后排热管的位置(如图1所示),前后两排热管数差1;顺排是指两排热管位置前后对齐,前后两排热管数相等｡对叉排与顺排的散热器芯体模型进行仿真分析,结果如图6所示｡从图6可以看出,当气体流速达到12m/s时,叉排散热器的换热系数高出顺排散热器的换热系数22.4%｡究其原因主要是因为叉排散热时,热管在两侧交替持续散热,换热效率高｡