管帶式散熱器振動強化傳熱研究.pdf

1、管帶式散熱器廣泛應(yīng)用于車輛發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)之中，通過合理匹配散熱器散熱量與發(fā)動機(jī)功率，可保證發(fā)動機(jī)在理想的溫度范圍內(nèi)安全可靠工作。散熱器的散熱效率決定其能源和資源消耗，因此，提升散熱器的散熱效率是研究熱點。本文提出將振動強化傳熱技術(shù)應(yīng)用于管帶式散熱器，以提高散熱器的散熱效率，通過數(shù)值模擬和風(fēng)洞實驗，對管帶式散熱器的振動強化傳熱效果及機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　建立管帶式散熱器扁管和翅片的數(shù)學(xué)模型，闡述了非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格控制方程的離散方法

2、，及相應(yīng)的速度-壓力耦合解法。利用Fluent進(jìn)行仿真分析，模擬了不同振動工況下扁管和翅片對流換熱過程中的流場與溫度場，研究了振幅和頻率對流場、溫度場及傳熱效果的影響規(guī)律。扁管的仿真研究表明:振動能夠明顯地擾動扁管附近流場，增加管壁邊界層的湍流度，從而提高扁管對流換熱速率;管壁對流換熱的平均努賽爾數(shù)在一個周期內(nèi)的均值（(N)u）隨振動強度的增大而增大，其中，增大振幅，(N)u可提高14.07-67.78％;增大頻率，(N)u可提高4.6

3、4-26.03％;隨風(fēng)速增大，振動強化傳熱效果減弱。翅片仿真研究表明:振動可改變粒子的運動軌跡，迫使氣體沿百葉窗通道流動，提高了流動效率，增加了邊界層的湍流度;振動能改善溫度場分布，形成利于散熱的熱尾跡，降低了翅片通道的平均溫度，從而明顯改善壁面對流換熱效果;振動時翅片表面平均熱流密度(q)高于無振動時的值，q隨振動強度和入口風(fēng)速的增大而增大，其中頻率的影響大于振幅，增大振幅q最大可提高22.92％，而增大頻率q最高可提升51.50％;

4、振動對流場和溫度場的擾動隨入口風(fēng)速增大而減弱。
　　對管帶式散熱器扁管和翅片的對流換熱過程進(jìn)行場協(xié)同分析，用場協(xié)同數(shù)和場協(xié)同角分布描述流體區(qū)域的場協(xié)同性，從流場與溫度場的協(xié)同關(guān)系上深入分析散熱器振動強化傳熱的內(nèi)在機(jī)制。場協(xié)同分析表明:振動能夠明顯改善扁管和翅片換熱表面附近區(qū)域的場協(xié)同角分布，使其沿背離90°的方向變化，從而獲得較好的溫度梯度場和速度場的協(xié)同性，且場協(xié)同性的改善隨振動強度的增加而增加，隨風(fēng)速增大而減小。扁管和翅片的仿

5、真研究顯示，振動能夠提高換熱壁面對流換熱速率，場協(xié)同分析指出振動改善了對流換熱的場協(xié)同性，因此，振動的擾流之所以能強化傳熱，其內(nèi)在原因是提高了對流換熱的場協(xié)同性，場協(xié)同原理較好地揭示了振動強化傳熱的機(jī)理。
　　搭建了管帶式散熱器振動強化傳熱風(fēng)洞試驗平臺，對散熱器振動強化傳熱問題進(jìn)行試驗研究。討論了振動對散熱器傳熱及阻力特性的影響，用j/f1/3對其強化傳熱效果進(jìn)行綜合評價。結(jié)果表明:振動能夠有效提高散熱器總換熱系數(shù)和氣側(cè)換熱系數(shù)，

6、實驗范圍內(nèi)，總換熱系數(shù)最大可提高11.71％，氣側(cè)換熱系數(shù)最大可提高16.82％。振動在提高散熱器換熱系數(shù)的同時，也增加了壓力損失，最大壓降損失為40.48％。振動條件下壓力損失的百分比隨風(fēng)速的增加而減小，說明高風(fēng)速下振動強化傳熱手段相比其他擾流形式的強化傳熱方法在壓力損耗方面更具優(yōu)勢;而低風(fēng)速下壓力損失增加的比例雖然較大，但其增量較小，最大壓力損失增量為17Pa，因此振動造成的額外功耗并不大。散熱器傳熱因子(ja)和阻力因子(fa）均