關(guān)于汽車散熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)及傳熱性能探析

陳名勛

（南寧八菱科技股份有限公司廣西 南寧 530003）

關(guān)于汽車散熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)及傳熱性能探析

陳名勛

（南寧八菱科技股份有限公司廣西 南寧 530003）

隨著我國(guó)汽車工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱性能要求越來(lái)越高。本文在此背景下，旨在通過(guò)現(xiàn)代化工業(yè)設(shè)計(jì)理念，在不斷滿足其阻力和傳熱要求前提下，設(shè)計(jì)一種散熱器芯體結(jié)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化方案，以此降低汽車工業(yè)制造成本及減少耗材，并采用管帶式散熱器設(shè)計(jì)方案對(duì)其進(jìn)行校核、優(yōu)化與一體化設(shè)計(jì)，從而提高汽車整體設(shè)計(jì)優(yōu)化性能。

汽車；散熱器；優(yōu)化設(shè)計(jì)；傳熱性能

前言

眾所周知，在汽車?yán)鋮s系統(tǒng)中，不可或缺的一種重要元件就是汽車散熱器，其性能優(yōu)劣不僅關(guān)系到整個(gè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性與安全性，而且對(duì)我國(guó)汽車工業(yè)制造技術(shù)的進(jìn)步有著重要影響。一般而言，帶有百葉窗的汽車散熱器能夠在一定條件下對(duì)汽車散熱帶的上氣體邊界層起到良好的阻隔作用，且能夠縮減散熱帶上氣體邊界層的厚度及不斷提高汽車散熱器的總體運(yùn)行性能。因此，本文需要在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)針對(duì)我國(guó)汽車結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)及其阻力性、傳熱性等特征進(jìn)行系統(tǒng)分析。

1 汽車散熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)及傳熱性能研究的重要性

縱觀當(dāng)前我國(guó)國(guó)內(nèi)汽車生產(chǎn)制造工業(yè)，相關(guān)生產(chǎn)廠家在汽車散熱器的設(shè)計(jì)以及應(yīng)用方面與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，依然存在一定差距，特別是在汽車散熱器的流動(dòng)性與傳熱性優(yōu)化設(shè)計(jì)方面依然落后。因此，本文為了進(jìn)一步提高我國(guó)汽車工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)質(zhì)量及提升產(chǎn)品的散熱性能，盡量在保持傳統(tǒng)汽車生產(chǎn)制造過(guò)程中的相關(guān)構(gòu)件尺寸及模具、刀具和相關(guān)裝配結(jié)構(gòu)實(shí)際性能基礎(chǔ)上，重點(diǎn)通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)使我國(guó)汽車散熱器的散熱性能在原來(lái)基礎(chǔ)上提高約20%，本文旨在通過(guò)對(duì)汽車散熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)及傳熱性能研究，編制汽車散熱器的流動(dòng)阻力與傳熱計(jì)算程序，從而通過(guò)對(duì)散熱器的相關(guān)參數(shù)分析計(jì)算及對(duì)相關(guān)材質(zhì)的散熱能力分析，最終希望為汽車散熱器總體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提供一種程序化以及集成化和智能化的設(shè)計(jì)參考依據(jù)。

2 關(guān)于汽車散熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)及傳熱性能理論參數(shù)分析

本文在對(duì)汽車散熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)及傳熱性能研究分析之前，首先需要通過(guò)對(duì)帶百葉窗散熱帶的汽車散熱器相關(guān)空氣側(cè)流動(dòng)阻力值及散熱器的實(shí)際散熱性能進(jìn)性參數(shù)分析統(tǒng)計(jì)，然后通過(guò)原有數(shù)據(jù)為本文設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程提供理論參考依據(jù)并展開科學(xué)計(jì)算分析[1]。如下是本文通過(guò)收集與整理得到的C6型汽車散熱器結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)，然后對(duì)汽車散熱器傳熱性能參數(shù)值及散熱器的實(shí)際流動(dòng)阻力值進(jìn)行計(jì)算分析，在此基礎(chǔ)上還針對(duì)我國(guó)2JC型汽車散熱器風(fēng)阻值以及散熱器的實(shí)際散熱量進(jìn)行研究分析，具體參數(shù)見表1數(shù)據(jù)。

如圖1為汽車散熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)及傳熱性能理論參數(shù)分析過(guò)程中，關(guān)于實(shí)測(cè)參數(shù)與本次優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)的相關(guān)變化趨勢(shì)曲線圖，從中可以看出，汽車散熱器風(fēng)阻力特定值在理論上與實(shí)際測(cè)算中的差距不太明顯，而且隨著汽車散熱器的運(yùn)行速度不斷增加，實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值之間的實(shí)際偏差不斷增大，由此通過(guò)這一變化曲線圖及上述相關(guān)理論參數(shù)值分析，為本文的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了理論參考依據(jù)。

表1 我國(guó)C6型汽車散熱器實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)分析

圖1 汽車散熱器風(fēng)阻設(shè)計(jì)優(yōu)化理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)數(shù)值變化曲線示意圖

3 影響汽車散熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)及傳熱性能的相關(guān)設(shè)計(jì)因素

在實(shí)際設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，本文通過(guò)對(duì)上述相關(guān)數(shù)據(jù)分析研究，然后在此基礎(chǔ)上針對(duì)不同散熱帶結(jié)構(gòu)的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)及汽車散熱帶的傳熱性能和實(shí)際風(fēng)阻力特性進(jìn)行了分析，從而得到幾種影響汽車散熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)及傳熱性能的相關(guān)設(shè)計(jì)因素。

3.1 汽車散熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)及傳熱性能受汽車散熱帶波距的影響

本文在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡量使其它相關(guān)參數(shù)與原來(lái)設(shè)計(jì)參數(shù)保持一致，而汽車散熱器的熱帶波距設(shè)計(jì)為3.5mm，汽車散熱器的傳熱特征值設(shè)計(jì)為3.0mm，而將汽車散熱器的風(fēng)阻力特定值設(shè)計(jì)為2.0mm，然后對(duì)汽車的散熱帶波距進(jìn)行調(diào)整，并通過(guò)以下變化趨勢(shì)曲線對(duì)汽車散熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)及傳熱性能進(jìn)行對(duì)比分析。

圖2 汽車散熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)及傳熱性能與汽車散熱帶波距之間關(guān)系變化曲線圖

從圖2變化曲線示意圖中可以看出，當(dāng)汽車散熱帶波距在不斷減小的過(guò)程中，汽車散熱器的實(shí)際散熱量在不斷增加，與此同時(shí)汽車實(shí)際散熱器風(fēng)阻力值也隨之上升，從而使汽車散熱器芯子實(shí)際設(shè)計(jì)重量也在增加。

3.2 汽車散熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)及傳熱性能受汽車百葉窗開窗角度的影響

本文在設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，為了進(jìn)一步測(cè)驗(yàn)汽車散熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)及傳熱性能與汽車百葉窗開窗角度之間的相關(guān)關(guān)聯(lián)性，因此將汽車散熱器的百葉窗實(shí)際開窗角度設(shè)計(jì)為三個(gè)不同的特定變化參數(shù)值，從低往高分別為25°角、30°角以及35°角，然后分析汽車不同百葉窗角度變化對(duì)汽車散熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)及傳熱性能的影響變化情況，從分析中發(fā)現(xiàn)，汽車散熱器散熱量及實(shí)際風(fēng)阻值都會(huì)隨著汽車百葉窗開窗角度的變化而不斷增加，但是在此變化過(guò)程中，汽車散熱器的實(shí)際熱量變化程度較小[2]。

3.3 汽車散熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)及傳熱性能受汽車散熱帶材質(zhì)和厚度的影響

除了上述分析之外，本文為了進(jìn)一步提高研究設(shè)計(jì)的科學(xué)性，又重點(diǎn)針對(duì)汽車散熱帶的實(shí)際設(shè)計(jì)材質(zhì)及實(shí)際厚度進(jìn)行分析研究，然后將汽車散熱器的散熱帶導(dǎo)熱系數(shù)設(shè)計(jì)為180W/m·℃，將汽車散熱器百葉窗的實(shí)際開窗角度設(shè)計(jì)為30°角，所選材料為鋁合金設(shè)計(jì)材質(zhì)。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，汽車散熱器材質(zhì)對(duì)散熱器的實(shí)際熱量性能有很大影響，因此本設(shè)計(jì)方案為了進(jìn)一步提高汽車散熱帶肋化效率，主要將汽車散熱帶材料的導(dǎo)熱系數(shù)不斷提高，以此提升汽車散熱器的風(fēng)側(cè)換熱性能，從而有效提高整個(gè)汽車散熱帶的散熱效率。通過(guò)幾次研究發(fā)現(xiàn)，散熱器的厚度在不斷增加的情況下，會(huì)提升整個(gè)散熱器的實(shí)際風(fēng)阻值以及散熱器的散熱量。

4 汽車散熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)及傳熱性能的提升對(duì)策

結(jié)合上述相關(guān)設(shè)計(jì)理論參數(shù)分析及相關(guān)影響因素研究，本文通過(guò)將汽車散熱器散熱帶的波距由原來(lái)的3.5mm縮減到現(xiàn)在的3mm，與此同時(shí)還將汽車散熱器的散熱厚度由原來(lái)的0.09mm縮減到現(xiàn)在的0.07mm，其它相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)與原來(lái)設(shè)計(jì)參數(shù)保持一致。經(jīng)過(guò)分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)后的汽車散熱器在散熱性能方面要比原來(lái)的設(shè)計(jì)方案性能提高20.1%，且散熱器的風(fēng)阻力將在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加11.0%。除此之外，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的散熱器芯子的重量在原有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上減少0.11kg，重量幾乎沒有發(fā)生太大變化。因此，從上述理論變化值來(lái)看，這一設(shè)計(jì)優(yōu)化方案完全可以達(dá)到現(xiàn)代化汽車生產(chǎn)制造工業(yè)的相關(guān)生產(chǎn)要求與標(biāo)準(zhǔn)，而且在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，仍然使用原有生產(chǎn)工藝中的相關(guān)模具以及技術(shù)工藝和刀具。

但是，在實(shí)際設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，需要引進(jìn)新的生產(chǎn)技術(shù)材料，因此會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成一定的腐蝕性影響，所以針對(duì)這一情況，本文在設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，通過(guò)散熱帶材料與散熱管的有效搭配，從而將二者之間的最佳電位差控制在50～105之間，而將散熱帶電位差及散熱帶管芯層的電位控制到70～140之間，同時(shí)使散熱管的電位設(shè)計(jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于散熱帶的電位，這種電位差在一定程度上可以有效降低新材料對(duì)汽車相關(guān)工業(yè)產(chǎn)品的強(qiáng)烈腐蝕性，這樣的優(yōu)化設(shè)計(jì)無(wú)疑大大提高了整個(gè)汽車散熱器的密封性能。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前在汽車生產(chǎn)與制造過(guò)程中，應(yīng)用更為廣泛的就是百葉窗的管帶式汽車散熱器，使用這一類型的汽車散熱器可以保證汽車具有足夠的散熱性能，而且在原來(lái)的設(shè)計(jì)前提下，使其總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)逐漸向著小型化以及節(jié)能化方向發(fā)展，因此未來(lái)的汽車散熱器的耗能更低，運(yùn)行也更加經(jīng)濟(jì)。

[1]童正明，陳丹，梁淑君，王亦凡，董萬(wàn)吉.管帶式汽車散熱器試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究[J].汽車技術(shù)，2013，10：51～55.

[2]童正明，侯鵬，梁淑君，陳丹.汽車散熱器傳熱特性的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究[J].上海理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，06：543～547.

U464.138

A

1004-7344（2016）16-0322-02

2016-5-23

陳名勛（1986-），男，助理工程師，大專，主要從事汽車散熱器生產(chǎn)工作。