基于試驗(yàn)的汽車管帶式散熱器傳熱與流阻建模及其優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、車輛散熱器是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的重要部件之一，它的調(diào)節(jié)能力直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性和可靠性。在保證散熱器具有足夠強(qiáng)的散熱能力條件下，體積更小，重量更輕，散熱效率更高成為散熱器設(shè)計(jì)時(shí)追求的目標(biāo)。在高效緊湊的冷卻系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，散熱器的設(shè)計(jì)優(yōu)化是重要的研究?jī)?nèi)容。本文采用試驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的方法和手段，對(duì)管帶式散熱器的設(shè)計(jì)、校核、優(yōu)化和參數(shù)化以及冷卻液的性能進(jìn)行了較為深入與系統(tǒng)的研究，旨在為管帶式散熱器的理論計(jì)算和設(shè)計(jì)提供一種高效和

2、準(zhǔn)確的指導(dǎo)手段。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　(1)利用風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)，研究了采用水作為冷卻液的三種型號(hào)的散熱器分別在20個(gè)工況點(diǎn)時(shí)的散熱量、風(fēng)側(cè)阻力、水側(cè)阻力以及出氣溫度和出液溫度。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析表明:管帶式散熱器的水側(cè)散熱量和氣側(cè)散熱量，都隨風(fēng)速或水流量的提高而增加，反之則減少。散熱量沿著風(fēng)速方向變化的幅度要大于沿著水流量方向的幅度。散熱器風(fēng)阻的大小幾乎完全由風(fēng)速來(lái)決定，風(fēng)速增加，則風(fēng)阻增大，反之，風(fēng)速減小，風(fēng)阻也隨之減小。對(duì)

3、于同一風(fēng)速，水流量變化時(shí)，風(fēng)阻幾乎不受影響。散熱器水側(cè)阻力的大小幾乎全部取決于散熱器水流量的大小，水流量越大，水側(cè)阻力越大，反之，水側(cè)阻力越小。在水流量相同的情況下，散熱器空氣側(cè)風(fēng)速對(duì)于散熱器水側(cè)阻力幾乎沒(méi)有影響。
　　(2)根據(jù)理論分析和風(fēng)洞試驗(yàn)系統(tǒng)得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)多重線性回歸法，建立了管帶式散熱器傳熱與流動(dòng)阻力預(yù)測(cè)模型，得到了適用于廠家的傳熱和流動(dòng)阻力的通用關(guān)聯(lián)式（傳熱因子J、摩擦因子f與雷諾數(shù)的關(guān)聯(lián)式）。并將此模型應(yīng)用于

4、計(jì)算軟件中，經(jīng)過(guò)仿真計(jì)算發(fā)現(xiàn)，仿真計(jì)算的結(jié)果與試驗(yàn)值的偏差大大減少，準(zhǔn)確性極大的提高。將此預(yù)測(cè)模型公式應(yīng)用于本廠家生產(chǎn)的散熱器的理論計(jì)算是可行的。
　　(3)在建立傳熱與流阻模型的過(guò)程中，是以水作為冷卻液來(lái)進(jìn)行研究，而實(shí)際使用時(shí)冷卻液一般是由水和防凍劑組成，為更加深入了解添加了防凍劑的冷卻液的性能，本文在自行改建的風(fēng)洞試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)乙二醇型冷卻液和丙二醇型冷卻液進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:與純水作為冷卻液相比，丙二醇型冷卻液和乙二醇

5、型冷卻液的散熱量會(huì)降低，水側(cè)流動(dòng)阻力會(huì)增加，氣側(cè)流動(dòng)阻力基本一致。同時(shí)應(yīng)用自建的傳熱與流動(dòng)阻力模型對(duì)其進(jìn)行仿真研究。研究結(jié)果表明，軟件仿真計(jì)算的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本一致，說(shuō)明自建模型同樣適用于其他類型的冷卻液。
　　(4)為了縮短汽車散熱器生產(chǎn)廠家的設(shè)計(jì)周期、提高散熱器設(shè)計(jì)效率，本文采用VB6.0編制出管帶式散熱器設(shè)計(jì)和校核計(jì)算的軟件。并且利用遺傳算法不受搜索空間的限制性假設(shè)的約束，也不要求目標(biāo)函數(shù)的連續(xù)、可微和單峰等條件等優(yōu)點(diǎn)，在