应用CFD汽车发动机散热器冷却性能影响分析

散热器是汽车发动机冷却系统重要的组成部分,直接影响到发动机的正常工作。采用流体动力学理论计算方法和CFD软件对散热器的传热特性进行计算分析与数值模拟。基于CFD建立散热器单元的分析模型,对其传热特点及传热系数进行分析;对散热器整体进行建模分析,得到散热器内部速度场、温度场和压力场的仿真分析,得到的仿真结果与冷却系统试验台数据进行对比分析;在此基础上,利用模型分析翅片尺寸,主要包括翅片厚度δ、翅片间距L_p、翅片间隙L_a、翅片宽度L_h、翅片长度L_d等参数对散热性能的影响规律。结果可知:散热器单元随着外部冷却空气流速的增加,换热系数升高;试验与仿真结果的分析误差控制在3%以内,说明模型分析的准确性;随着翅片宽度增加,翅片表面传热系数会有一定程度的提高;翅片长度及翅片间隙过大或过小都会使翅片表面传热系数有所下降;而随着翅片间距和翅片厚度的增加,相关参数则减小;分析内容和结果为此类设计提供参考。     

基于CFD汽车散热器布置形式对性能影响分析

中冷散热器和高温散热器是汽车散热器的重要组成单元,二者的布置形式对整体的冷却性能具有重要影响。根据散热器的工作特点和散热量需求,对高温散热器和中冷散热器的参数进行设计,基于CFD分析技术建立散热器二维和三维分析模型;建立横向同种材料布置、横向异种材料布置、纵向异种材料布置、纵向同种材料布置等四种对比模型,获取不同模型的冷却风量流速、进出口温度变化等。搭建冷却系统试验平台,分别在中冷器前方指定位置进行纵向遮挡和横向遮挡,获取冷却风速和进出口温度变化。通过仿真分析和试验方法对比分析中冷散热器与高温散热器不同布置形式对冷却性能的影响。结果可知:四种布置形式通过的空气质量流量占百分比和面积占百分比的比例基本一致;横向异种材料布置形式的散热效果最佳,优于其他布置形式,主要原因是横向布置,散热管路与冷却空气的接触面积更大,更有利于冷却液与冷却空气之间的换热;异种材料布置更能提升换热效果;试验分析验证了仿真分析的准确性,为设计有隔断的散热器散热面积的确定提供了参考依据。     

基于计算流体力学汽车冷却系统散热器分析

散热器是汽车冷却系统重要的热交换单元,是复杂的气热交换单元。根据汽车冷却系统发动机散热的热点,基于传热理论和流体力学理论,根据冷却系统冷却风量需求,对散热器相关结构尺寸和参数进行设计分析;基于计算流体力学,选取一段翅片数为24的散热器单元体进行建模分析,获得速度场、温度场等的分布规律,获取相关参数的影响特性;建立3列8排简化散热器模型并进行分析,对比分析吹风式和吸风式两种布置模式,获取最优设计形式。结果可知:随着翅片间距和翅片厚度的增加,翅片表面传热系数均有不同程度的降低;而随着翅片宽度增加,翅片表面传热系数会有一定程度的提高;在不受外界空气条件影响的情况下,散热气内部流场分布在吹风式和吸风式条件下差别不大。但如果考虑到车辆行驶条件下的迎面吹来的风,吸风式风扇更适合于发动机散热器的冷却;分析设计为同类设计提供重要参考。     

收腰型铝散热器的空气侧优化

为寻找一种与收腰管匹配效果更好的散热翅片结构,先应用正交试验与模拟仿真对收腰管百叶窗散热器翅片的4个主要结构参数,即翅片间距F_p、百叶窗间距L_p、百叶窗宽度L_w和百叶窗角度L_a进行优化,得到各结构参数对散热器传热性能和压降性能的影响规律,即百叶窗角度L_a影响最大,翅片间距L_p影响最小。随后,在此基础上提出了散热翅片的优化方案。最后,利用风洞试验对优化前后的散热器性能进行了比较。结果显示,优化后的百叶窗翅片结构可以明显提高散热器空气侧的传热,同时降低了风阻。     

基于流动换热特性管带式散热器结构优化

根据管带式散热器结构特点,获得影响散热面积的主要参数.基于CFD对散热器的流场进行分析,获得流场的内部流动细节;通过流体耦合传热计算获得散热器的传热系数;采用多孔介质代替散热器芯体对散热器整体进行仿真,获得冷却管束内热流分布情况;基于上水室入口位置对散热器散热的影响分析,对散热器进出水口的相对位置进行优化;对比分析冷却管间距对散热器压损和散热能力的影响,获得最佳翅片间距对原型散热器进行改进设计.结果可知:基于散热器流动换热特性,对管带式散热器进行结构优化,结果可知:根据最小热阻理论,流体会选择阻力最小的路径,散热器进出水口左上右下的布置中流体会先垂直通过冷却管,然后在下水室内混合从出水口流出,设计最优;对于双侧波纹散热带的管带式散热器,可以提高原型散热器芯体的密度,在加工工艺允许的情况下选择较小的翅片间距.若将散热器的翅片间距优化为3 mm,气侧的总散热面积、阻力均满足要求,而整个散热器质量减少38.21 kg,可节省成本1604.82元.研究内容和分析结果为同类设计提供参考.     

基于AMESim散热器串并联布置对性能影响分析

发动机高温散热器和附属中冷散热器的布置形式对整体散热影响较大.针对散热器、中冷器、冷却水泵等主要结构进行建模和参数设计,基于AMESim搭建发动机热管理系统模型,参考试验数据对换热系数进行拟合;基于模型对散热系统性能进行分析;根据高温散热器和中低温散热器的串并联布置形式,获取发动机进出口冷却液温度,对比两种布置形式的优缺点;结果可知:散热系统满足发动机散热要求;散热器冷却空气进气侧在并联系统中为环境温度,比串联系统温度降低4.55℃;相对于串联的布置形式,将散热器和中冷器正面面积减半并联布置后,发动机出口温升提高1.41℃,回水温差提高2.22℃,对发动机的性能影响较小,但整车结构变得更加紧凑,空间得到了更加充分的利用;但并联式管道布置比并联式复杂,在实际中应综合考虑.     

基于ICEPAK仿真的散热器结构热设计研究

文中利用ICEPAK软件对多密度高功率芯片散热器结构进行了热设计研究。研究确立了影响翅片散热器散热性能的关键尺寸设计参数,如基板厚度、翅片高度、翅片厚度和翅片间距等,并得出了各尺寸设计参数对其散热效果的影响趋势,确定了散热器结构的最佳布局方案。此外,研究还建立了最佳布局的散热器结构实物并进行了高低温试验以模拟其高温散热情况。通过实验数据对比发现,仿真计算结果与实际较为吻合,进而验证了ICEPAK软件在电子设备散热设计方面的准确性与可靠性。     

平直翅片热管散热器的正交数值模拟优化

文中以平直翅片热管散热器为研究对象,研究了翅片厚度、翅片间距、翅片高度、翅片宽度和热管直径 5 个结构参数对翅片换热性能和阻力特性的影响,采用正交实验设计的方法设计了上述结构参数的 15 个组合方案,利用 CFD 数值模拟的方法对每个组合方案下翅片的流动换热性能进行了模拟。以努塞尔数 Nu 、阻力系数f、传热性能综合评价指标(Performance Evaluation Criteria, PEC)作为评价指标,在每个评价指标下利用极差分析挑选出性能最优的组合方案。 该方法能快速获得散热器结构的优化方案,并分析出主要影响因素,对工程应用有一定的指导意义。 结果表明:影响 Nu 和 f 的最主要因素是热管直径,影响 PEC 的最主要因素是翅片厚度。 对于本文研究的散热器,其最优参数组合方案为:翅片厚度为 0. 6 mm,翅片间距为 2. 2 mm,热管直径为 6 mm,翅片高度为 65 mm,翅片宽度为 28 mm。     

锯齿形翅片散热器风冷性能试验研究

文中从试验的角度研究了锯齿形翅片散热器的风冷性能。锯齿形翅片散热器具有结构复杂、不易仿真实施的特点。文中系统介绍了锯齿形风冷散热器的典型结构形式以及风冷性能测试系统原理、性能和测试分析结果,从试验实测的角度研究了锯齿形翅片散热器的应用选型及其与散热量、风量、风压等的关系,分析了翅片参数(翅高、翅宽、翅片节距)对散热性能的影响,对电子产品散热的风冷设计具有较高的参考价值。     

基于正交设计的密封机箱散热翅片的参数仿真优化

对于纯自然对流的密封机箱来说,散热翅片的设计对整个密封机箱的散热至关重要.通过正交试验设计方法,利用ICEPAK热仿真分析软件,通过极差分析得知散热翅片的翅片厚度A》基板厚度B,翅片间距C,翅片高度D对密封机箱散热的影响规律.结果表明,翅片高度D对密封机箱的散热性能影响最为显著,而翅片厚度A和翅片间距C对密封机箱的散热性能影响不显著.     

铲削成形多孔翅片强化散热有限元分析与测试

对铲削成形多孔翅片散热器结构进行了湍流和固体传热耦合分析。从铲削工艺的特性出发,研究了翅片间距、厚度、开孔密度、孔径等参数对其散热效果的影响。利用自主研发的铲削工艺加工出铝基材料多孔翅片,进行了实际散热效果测试,验证了分析结果的正确性。     

核素恒温器散热结构设计与分析

为解决放射性合成自动化模块散热问题,文中设计了一款新型多尺寸翅片结构的铝合金核素恒温器,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对核素恒温器进行了热力学分析。采用控制变量法进行翅片参数设计,采用翅片的非等高设计进行散热性能优化,在保证恒温时温差小于5 ℃的前提下得到散热性能最佳时的结构参数。结果表明：当核素恒温器的翅片高度为11.5 mm、翅片间距为2 mm、翅片的厚度为1 mm、翅片长度为42 mm时,恒温器表面的最高温度为78.745 ℃,比无翅片时低了25.205 ℃;经过翅片非等高设计,圆筒内壁与翅片距离为3.5 mm,其他参数不变,恒温器表面的最高温度比优化前低了0.294 ℃,在此结构参数下恒温器的散热性能最佳。     

风冷散热器的减重设计方法对比研究

以某型机载雷达电子设备机箱为研究对象,应用ICEPAK 热仿真软件,对散热器的2 种减重设计方法(增大翅片间距和减小翅片高度) 进行了对比分析。结果表明:在散热器减重相同的情况下,采取增大翅片间距的方法更有利于控制发热元件的温升;风冷系统中并联的2 个散热器存在依附关系,任何一个散热器的结构尺寸变化,都会影响另一个散热器的散热性能。     

电池液冷系统冷却板厚度对散热性能影响研究

带冷却板的电池液冷系统因体积较小、结构稳定及冷却效果好,得到了普遍的关注。之前的学者对冷却板材料、管路结构、环境温度和冷却液入口状态对冷却板散热性能的影响做了较多研究,但对于冷却板厚度对散热性能影响的研究却很少,因此利用流体力学仿真工具,对不同厚度冷却板的冷却模型进行有限元分析。结果显示,不同厚度冷却板下,电池模块温度变化较小,但冷却液出入口压降值变化较大。又进行不同放电倍率下,冷却液入口状态参数(温度与质量流率)的研究,发现冷却液入口温度与电池模块最高温度、最低温度之间呈线性变化;冷却液入口质量流率的变化可以同时引起电池模块最高温度和模块间温差的变化。     

电子器件冷却用散热器的结构形式与研究进展

散热器是电子器件散热或冷却的主要部件之一,散热器结构形式的设计与参数选取直接影响到散热效果。目前,电子器件常用的散热器有柱状翅片散热器、矩形通道散热器、锯齿形翅片散热器和液体冷却散热器等几种。散热器流动与换热的研究是进行结构参数优化及新型散热器研制的基础,而结构参数优化可减小散热器的体积,节省材料,提高散热效果。为解决一些发热量周期性变化或间隙性工作的电子器件散热问题,相变材料被应用到散热器中。此外,微通道可有效解决高热流密度电子器件或芯片的散热问题,但微通道流动压降较大,因此如何减小流动压降成为微通道散热器设计的一个关键。     

基于正交数值试验的大功率LED灯翅片散热性能研究

发光LED芯片是一种热敏元件,如果LED芯片产生的热量不能有效散出,将导致PN结的结温升高,进而严重影响其工作性能。因此,散热已成为影响大功率LED灯性能以及制约大功率LED灯发展的关键因素,是当前大功率LED灯研究的热点和难点之一。为研究非定常对流换热下LED的散热性能影响因素,采用正交试验研究了翅片厚度、翅片间距、翅片高度、散热器底板厚度以及开缝条数对LED的散热性能的影响效果,并通过对实验结果分析得出了最优翅片模型。     

压电风扇集成式散热器设计

电子设备小型化、集成化、高密度的发展方向对热管理技术提出了更高要求,普通风冷技术存在体积大、功耗高及噪声问题。文中研究了一种压电风扇集成式散热器,设计了多种不同翅形的散热器,通过数值模拟,对不同翅形散热器的流场流动特性及温度场分布情况进行了研究,并通过试验测试散热器换热性能。研究表明:散热器凸起点可以引导压电风扇流场的流动方向,使流体形成持续、有方向性的流动,从而增强换热效果;散热器凸起点纵坐标Y值对于散热性能的影响显著,对于文中的压电风扇集成式散热器,散热器凸起点纵坐标Y值为16 mm时的散热性能最好;与同体积的普通翅片散热器相比,压电风扇集成式散热器散热效果有显著提升。     

液冷冷板散热翅片形状与排布研究

针对密集多热源电子设备发热量大散热困难的问题,设计了一种带翅片的液冷冷板。采用理论计算与ICEPAK热仿真结合的分析方法,研究了7种带有不同形状、不同排布方式的翅片的冷板,对冷板及冷板上热源的温度情况,冷板内流道中冷却液的流动情况进行分析,并通过试验的方法对仿真结果加以验证。研究表明:具有交错排列的菱形翅片冷板可以有效地防止冷板流道内形成流动边界层,破坏长距离流动形成"入口效应",与其他形式翅片冷板相比具有更好的散热性能;随着冷却液流量的增加,交错排列菱形翅片冷板的散热性能优势更突出。     

柴油机风冷中冷器的优化设计与匹配研究

针对重型柴油机用风冷式中冷器冷却能力不足,发动机进气温度偏高的问题,利用Pro/E软件建立中冷器内部波纹翅片的的三维模型,基于CFD仿真方法分析了翅片的结构参数对工作性能的敏感性,得到了不同厚度下的翅片换热效率和冷却空气的沿程阻力。仿真结果表明:波纹角的敏感性最强,换热效率在流道厚度为25mm处达到最大值。为了验证优化后的中冷器对发动机进气的冷却性能,在重型柴油机上进行试验测试,试验结果表明中冷器的冷却效果得到明显改善,内部空气的压降满足国标要求。     

百叶窗翅片车辆散热器性能研究

通过数值模拟方法对百叶窗翅片散热器流道中流体的流动和传热性能进行研究,将数值模拟结果与文献实验关联式计算结果进行对比,验证了数值模拟方法的正确性。将百叶窗翅片散热器的翅片间距与百叶窗间距两者关联起来,分析了其比值Fp/Lp和百叶窗倾角对于百叶窗翅片流道传热和压降性能的影响。而后分析了百叶窗翅片结构参数对于百叶窗流道间流体流动效率的影响。研究表明,百叶窗翅片的传热系数和压降随着Re数的增大而增大,随着百叶窗翅片间距与百叶窗间距比值Fp/Lp的增大而减小,随着百叶窗倾角的增大而增大。流动效率随着Re数的增大而增大,随着百叶窗翅片间距与百叶窗间距比值的增大而减小,随着百叶窗倾角的增大而增大。