斜針形百葉窗翅片數及窗翅角均勻性對換熱性能影響研究

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兩側不同翅片數目及窗翅角均勻性三維數值計算模型，研究了換向區兩側不同翅片數目和窗翅角均勻性對散熱器換熱性能的影響。結果表明：換向區兩側翅片數目對散熱器的換熱及流阻性能影響較小;換向區角度均勻性變化對換熱性能有一定的影響，jf1/3最大相差9%。

關鍵詞：斜針形百葉窗翅片? 翅片數目? 布置方式? 數值計算

中圖分類號：TK 124? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：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

隨著經濟的發展，人們對于汽車的需求越來越大，為減少尾氣對空氣的污染，目前市面上已經出現了純電動車及油電混合等新能源車。但無論采用什么形式的汽車，發動機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為其結構緊湊、換熱效率高的特點而被廣泛使用。為進一步提高百葉窗翅片散熱器的換熱效率，很多學者對百葉窗翅片的結構形式及翅片形狀進行了研究，并得到了一些有實際指導意義的結論：李世偉[1]對窗翅角進行了研究，發現窗翅角在一定范圍內時，傳熱因子會隨著窗翅角的增加而變大，但當窗翅角增大到一定的程度后，傳熱因子反而會變小。Hsieh[2]對變化的窗翅角進行了研究，發現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]等學者通過對百葉窗翅片進行多組實驗，利用數學方法得到傳熱因子和摩擦因子的經驗關聯式，為數值計算方法準確性驗證提供了數值對比。吳金星[9]對空調百葉窗翅片進行了研究，并在此基礎上提出了一種帶弧度的百葉窗翅片結構，且其換熱性能優于矩形百葉窗翅片。該文主要對斜針形百葉窗翅片換向區兩側翅片數目及換向區兩側窗翅角均勻性進行研究，探究換向區兩側翅片數目及窗翅角均勻性對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置

針對斜針形百葉窗翅片建立了數值計算模型，其結構如圖1所示。其中S1位換向區長度，值為1mm，θ位窗翅角，值為27°;Lp為百葉窗翅片長度，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為端部長度，值為1mm;為斜針角，取值范圍為10°～30°。

流體傳熱應該動量守恒、質量守恒和能量守恒，其控制方程如下[10]。

（1）質量守恒方程。

（2）動量守恒方程。

（3）能量守恒方程。

為提高數值計算速度，取計算區域的一半進行計算。斜針形翅片迎面風速范圍為3～8m/s，以百葉窗翅片間距為特征尺寸進行計算，計算得到雷諾數在400～1200范圍。計算模型設置為層流模型，設定進口溫度為308K，冷卻扁管壁面溫度為358K，具體邊界條件的設置如圖2所示。流體和固體計算區域網格采用三棱柱網格，整個計算模型網格數量在76萬左右，并且網格質量控制在0.68。

2? 數值計算結果與經驗關聯式結果比較

為驗證數值計算模型的正確性，該文將數值計算結果與經驗計算式計算結果進行比較，目前使用最多的是Chang[11，12]的經驗式。計算結果對比如圖3所示，兩者的j、f因子平均偏差分別為2.06%和13.46%，數值計算模型能滿足工程允許偏差的20%要求。

3? 換向區兩側翅片數目對斜針型翅片換熱性能的影響

為探究換向區兩側翅片數目對斜針形百葉窗翅片換熱性能的影響，分別對6種不同翅片數目的斜針形百葉窗翅

片進行數值計算，具體翅片數目分布如下：沿空氣流動方向上，換向區前半段翅片數目分別為1、2、3、5、6、7，與此相對應，換向區后半段翅片數目分別為7、6、5、3、2、1，圖4為數值計算物理模型。