斜針形百葉窗翅片數(shù)及窗翅角均勻性對(duì)換熱性能影響研究

陳金友 楊林 漆波

摘? 要：該文通過建立斜針形百葉窗翅片換向區(qū)兩側(cè)不同翅片數(shù)目及窗翅角均勻性三維數(shù)值計(jì)算模型，研究了換向區(qū)兩側(cè)不同翅片數(shù)目和窗翅角均勻性對(duì)散熱器換熱性能的影響。結(jié)果表明：換向區(qū)兩側(cè)翅片數(shù)目對(duì)散熱器的換熱及流阻性能影響較小;換向區(qū)角度均勻性變化對(duì)換熱性能有一定的影響，jf1/3最大相差9%。

關(guān)鍵詞：斜針形百葉窗翅片? 翅片數(shù)目? 布置方式? 數(shù)值計(jì)算

中圖分類號(hào)：TK 124? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2019）04（b）-0001-06

Abstract： In this paper， a three-dimensional numerical model for the fin number and the fin angle uniformity on both sides of oblique needle louver fin commutation zone is established， and the effects of fin number and fin angle uniformity on the heat transfer performance of the radiator are studied. The results show that the number of fins on both sides of the commutation zone has little influence on the heat transfer，and the change of the angle uniformity in The commutation zone has a certain effect on the heat transfer performance， and the maximum difference of? jf1/3is 9%.

Key Words： Oblique needle louvered fin; Fin numbers; Arrangement mode; Numberical simulation

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于汽車的需求越來(lái)越大，為減少尾氣對(duì)空氣的污染，目前市面上已經(jīng)出現(xiàn)了純電動(dòng)車及油電混合等新能源車。但無(wú)論采用什么形式的汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱問題都是必須面臨的問題。目前百葉窗翅片式散熱器因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)緊湊、換熱效率高的特點(diǎn)而被廣泛使用。為進(jìn)一步提高百葉窗翅片散熱器的換熱效率，很多學(xué)者對(duì)百葉窗翅片的結(jié)構(gòu)形式及翅片形狀進(jìn)行了研究，并得到了一些有實(shí)際指導(dǎo)意義的結(jié)論：李世偉[1]對(duì)窗翅角進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)窗翅角在一定范圍內(nèi)時(shí)，傳熱因子會(huì)隨著窗翅角的增加而變大，但當(dāng)窗翅角增大到一定的程度后，傳熱因子反而會(huì)變小。Hsieh[2]對(duì)變化的窗翅角進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)變化的窗翅角換熱效率比均勻窗翅角的換熱效率更高。Chang和Wang[3-6]、董軍啟[7，8]等學(xué)者通過對(duì)百葉窗翅片進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)，利用數(shù)學(xué)方法得到傳熱因子和摩擦因子的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，為數(shù)值計(jì)算方法準(zhǔn)確性驗(yàn)證提供了數(shù)值對(duì)比。吳金星[9]對(duì)空調(diào)百葉窗翅片進(jìn)行了研究，并在此基礎(chǔ)上提出了一種帶弧度的百葉窗翅片結(jié)構(gòu)，且其換熱性能優(yōu)于矩形百葉窗翅片。該文主要對(duì)斜針形百葉窗翅片換向區(qū)兩側(cè)翅片數(shù)目及換向區(qū)兩側(cè)窗翅角均勻性進(jìn)行研究，探究換向區(qū)兩側(cè)翅片數(shù)目及窗翅角均勻性對(duì)百葉窗翅片散熱器換熱性能的影響。

1? 物理模型及邊界條件設(shè)置

針對(duì)斜針形百葉窗翅片建立了數(shù)值計(jì)算模型，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中S1位換向區(qū)長(zhǎng)度，值為1mm，θ位窗翅角，值為27°;Lp為百葉窗翅片長(zhǎng)度，值為20mm;δ為翅片厚度，值為0.1mm;Fp為翅片間距，值為1.2mm;Fh為翅片高度，值為7.8mm;S2為端部長(zhǎng)度，值為1mm;為斜針角，取值范圍為10°～30°。

流體傳熱應(yīng)該動(dòng)量守恒、質(zhì)量守恒和能量守恒，其控制方程如下[10]。

（1）質(zhì)量守恒方程。

（2）動(dòng)量守恒方程。

（3）能量守恒方程。

為提高數(shù)值計(jì)算速度，取計(jì)算區(qū)域的一半進(jìn)行計(jì)算。斜針形翅片迎面風(fēng)速范圍為3～8m/s，以百葉窗翅片間距為特征尺寸進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算得到雷諾數(shù)在400～1200范圍。計(jì)算模型設(shè)置為層流模型，設(shè)定進(jìn)口溫度為308K，冷卻扁管壁面溫度為358K，具體邊界條件的設(shè)置如圖2所示。流體和固體計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格采用三棱柱網(wǎng)格，整個(gè)計(jì)算模型網(wǎng)格數(shù)量在76萬(wàn)左右，并且網(wǎng)格質(zhì)量控制在0.68。

2? 數(shù)值計(jì)算結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式結(jié)果比較

為驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算模型的正確性，該文將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，目前使用最多的是Chang[11，12]的經(jīng)驗(yàn)式。計(jì)算結(jié)果對(duì)比如圖3所示，兩者的j、f因子平均偏差分別為2.06%和13.46%，數(shù)值計(jì)算模型能滿足工程允許偏差的20%要求。

3? 換向區(qū)兩側(cè)翅片數(shù)目對(duì)斜針型翅片換熱性能的影響

為探究換向區(qū)兩側(cè)翅片數(shù)目對(duì)斜針形百葉窗翅片換熱性能的影響，分別對(duì)6種不同翅片數(shù)目的斜針形百葉窗翅

片進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，具體翅片數(shù)目分布如下：沿空氣流動(dòng)方向上，換向區(qū)前半段翅片數(shù)目分別為1、2、3、5、6、7，與此相對(duì)應(yīng)，換向區(qū)后半段翅片數(shù)目分別為7、6、5、3、2、1，圖4為數(shù)值計(jì)算物理模型。