關于汽車散熱器的優(yōu)化設計及傳熱性能探析

陳名勛

（南寧八菱科技股份有限公司廣西 南寧 530003）

關于汽車散熱器的優(yōu)化設計及傳熱性能探析

陳名勛

（南寧八菱科技股份有限公司廣西 南寧 530003）

隨著我國汽車工業(yè)技術的不斷發(fā)展，對汽車發(fā)動機的散熱性能要求越來越高。本文在此背景下，旨在通過現(xiàn)代化工業(yè)設計理念，在不斷滿足其阻力和傳熱要求前提下，設計一種散熱器芯體結構的參數(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計方案對其進行校核、優(yōu)化與一體化設計，從而提高汽車整體設計優(yōu)化性能。

汽車；散熱器；優(yōu)化設計；傳熱性能

前言

眾所周知，在汽車冷卻系統(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)劣不僅關系到整個汽車發(fā)動機的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性與安全性，而且對我國汽車工業(yè)制造技術的進步有著重要影響。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行性能。因此，本文需要在此基礎上重點針對我國汽車結構中的內(nèi)部流動結構及其阻力性、傳熱性等特征進行系統(tǒng)分析。

1 汽車散熱器的優(yōu)化設計及傳熱性能研究的重要性

縱觀當前我國國內(nèi)汽車生產(chǎn)制造工業(yè)，相關生產(chǎn)廠家在汽車散熱器的設計以及應用方面與國外發(fā)達國家相比，依然存在一定差距，特別是在汽車散熱器的流動性與傳熱性優(yōu)化設計方面依然落后。因此，本文為了進一步提高我國汽車工業(yè)生產(chǎn)技術質量及提升產(chǎn)品的散熱性能，盡量在保持傳統(tǒng)汽車生產(chǎn)制造過程中的相關構件尺寸及模具、刀具和相關裝配結構實際性能基礎上，重點通過優(yōu)化設計使我國汽車散熱器的散熱性能在原來基礎上提高約20%，本文旨在通過對汽車散熱器的優(yōu)化設計及傳熱性能研究，編制汽車散熱器的流動阻力與傳熱計算程序，從而通過對散熱器的相關參數(shù)分析計算及對相關材質的散熱能力分析，最終希望為汽車散熱器總體結構的優(yōu)化設計，提供一種程序化以及集成化和智能化的設計參考依據(jù)。

2 關于汽車散熱器的優(yōu)化設計及傳熱性能理論參數(shù)分析

本文在對汽車散熱器進行優(yōu)化設計及傳熱性能研究分析之前，首先需要通過對帶百葉窗散熱帶的汽車散熱器相關空氣側流動阻力值及散熱器的實際散熱性能進性參數(shù)分析統(tǒng)計，然后通過原有數(shù)據(jù)為本文設計優(yōu)化過程提供理論參考依據(jù)并展開科學計算分析[1]。如下是本文通過收集與整理得到的C6型汽車散熱器結構相關參數(shù)，然后對汽車散熱器傳熱性能參數(shù)值及散熱器的實際流動阻力值進行計算分析，在此基礎上還針對我國2JC型汽車散熱器風阻值以及散熱器的實際散熱量進行研究分析，具體參數(shù)見表1數(shù)據(jù)。

如圖1為汽車散熱器的優(yōu)化設計及傳熱性能理論參數(shù)分析過程中，關于實測參數(shù)與本次優(yōu)化設計參數(shù)的相關變化趨勢曲線圖，從中可以看出，汽車散熱器風阻力特定值在理論上與實際測算中的差距不太明顯，而且隨著汽車散熱器的運行速度不斷增加，實測值與理論計算值之間的實際偏差不斷增大，由此通過這一變化曲線圖及上述相關理論參數(shù)值分析，為本文的設計優(yōu)化提供了理論參考依據(jù)。

表1 我國C6型汽車散熱器實際結構設計相關參數(shù)分析

圖1 汽車散熱器風阻設計優(yōu)化理論計算值與實測數(shù)值變化曲線示意圖

3 影響汽車散熱器優(yōu)化設計及傳熱性能的相關設計因素

在實際設計優(yōu)化過程中，本文通過對上述相關數(shù)據(jù)分析研究，然后在此基礎上針對不同散熱帶結構的相關運行參數(shù)及汽車散熱帶的傳熱性能和實際風阻力特性進行了分析，從而得到幾種影響汽車散熱器優(yōu)化設計及傳熱性能的相關設計因素。

3.1 汽車散熱器優(yōu)化設計及傳熱性能受汽車散熱帶波距的影響

本文在設計過程中盡量使其它相關參數(shù)與原來設計參數(shù)保持一致，而汽車散熱器的熱帶波距設計為3.5mm，汽車散熱器的傳熱特征值設計為3.0mm，而將汽車散熱器的風阻力特定值設計為2.0mm，然后對汽車的散熱帶波距進行調整，并通過以下變化趨勢曲線對汽車散熱器優(yōu)化設計及傳熱性能進行對比分析。

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

從圖2變化曲線示意圖中可以看出，當汽車散熱帶波距在不斷減小的過程中，汽車散熱器的實際散熱量在不斷增加，與此同時汽車實際散熱器風阻力值也隨之上升，從而使汽車散熱器芯子實際設計重量也在增加。

3.2 汽車散熱器優(yōu)化設計及傳熱性能受汽車百葉窗開窗角度的影響

本文在設計優(yōu)化過程中，為了進一步測驗汽車散熱器優(yōu)化設計及傳熱性能與汽車百葉窗開窗角度之間的相關關聯(lián)性，因此將汽車散熱器的百葉窗實際開窗角度設計為三個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汽車散熱器優(yōu)化設計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際風阻值都會隨著汽車百葉窗開窗角度的變化而不斷增加，但是在此變化過程中，汽車散熱器的實際熱量變化程度較小[2]。

3.3 汽車散熱器優(yōu)化設計及傳熱性能受汽車散熱帶材質和厚度的影響

除了上述分析之外，本文為了進一步提高研究設計的科學性，又重點針對汽車散熱帶的實際設計材質及實際厚度進行分析研究，然后將汽車散熱器的散熱帶導熱系數(shù)設計為180W/m·℃，將汽車散熱器百葉窗的實際開窗角度設計為30°角，所選材料為鋁合金設計材質。通過分析發(fā)現(xiàn)，汽車散熱器材質對散熱器的實際熱量性能有很大影響，因此本設計方案為了進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熱系數(shù)不斷提高，以此提升汽車散熱器的風側換熱性能，從而有效提高整個汽車散熱帶的散熱效率。通過幾次研究發(fā)現(xiàn)，散熱器的厚度在不斷增加的情況下，會提升整個散熱器的實際風阻值以及散熱器的散熱量。

4 汽車散熱器的優(yōu)化設計及傳熱性能的提升對策

結合上述相關設計理論參數(shù)分析及相關影響因素研究，本文通過將汽車散熱器散熱帶的波距由原來的3.5mm縮減到現(xiàn)在的3mm，與此同時還將汽車散熱器的散熱厚度由原來的0.09mm縮減到現(xiàn)在的0.07mm，其它相關結構參數(shù)與原來設計參數(shù)保持一致。經(jīng)過分析，優(yōu)化設計后的汽車散熱器在散熱性能方面要比原來的設計方案性能提高20.1%，且散熱器的風阻力將在原來的基礎上增加11.0%。除此之外，經(jīng)過優(yōu)化設計的散熱器芯子的重量在原有設計基礎上減少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看，這一設計優(yōu)化方案完全可以達到現(xiàn)代化汽車生產(chǎn)制造工業(yè)的相關生產(chǎn)要求與標準，而且在優(yōu)化設計過程中，仍然使用原有生產(chǎn)工藝中的相關模具以及技術工藝和刀具。

但是，在實際設計優(yōu)化過程中，需要引進新的生產(chǎn)技術材料，因此會對產(chǎn)品造成一定的腐蝕性影響，所以針對這一情況，本文在設計優(yōu)化過程中，通過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，同時使散熱管的電位設計遠遠高于散熱帶的電位，這種電位差在一定程度上可以有效降低新材料對汽車相關工業(yè)產(chǎn)品的強烈腐蝕性，這樣的優(yōu)化設計無疑大大提高了整個汽車散熱器的密封性能。

5 結束語

綜上所述，當前在汽車生產(chǎn)與制造過程中，應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，而且在原來的設計前提下，使其總體結構的設計逐漸向著小型化以及節(jié)能化方向發(fā)展，因此未來的汽車散熱器的耗能更低，運行也更加經(jīng)濟。

[1]童正明，陳丹，梁淑君，王亦凡，董萬吉.管帶式汽車散熱器試驗及數(shù)值模擬研究[J].汽車技術，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洞實驗研究[J].上海理工大學學報，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。