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原文传递汽车散热器振动强化传热与流动特性研究

论文题名：	汽车散热器振动强化传热与流动特性研究
关键词：	汽车冷却系统;锯齿型翅片散热器;振动强化传热;温度场;流动特性
摘要：	散热器作为汽车冷却系统中的关键部件之一，其结构与性能直接影响着整个冷却系统的紧凑性及散热效果，对汽车的动力性起着重要作用。而工程车由于重载荷、产热量大和行驶速度低等特点使得其对散热器高效散热的要求更为突出，同时，车辆在工作时本身不可避免的会伴随着振动，振动条件的存在为提高汽车散热器的性能提供了新方向。目前，关于振动强化传热的研究结论并没有形成统一规律，而且对于振动强化传热技术在汽车散热器上的应用研究还较少。因此，本文以振动强化传热理论为依据，利用计算流体力学的方法对汽车锯齿型翅片散热器的性能进行了研究，通过静止和振动两种不同状态时的对比分析，更好地了解振动对汽车散热器性能的影响机理，从自身结构和振动条件两个角度出发来提高散热效率。主要的内容有以下几个方面: 　　(1)对现有的锯齿型翅片散热器结构进行了改进，得到了性能更好地新型锯齿型散热器翅片结构。通过在传统锯齿型翅片散热器的表面设着不同形状凹槽和凸起结构，并将翅片两端迎风面结构改为圆形，实现了散热和压降损失两方面的同时改善，确定了新型锯齿型翅片散热器的表面凹槽和凸起的形状为圆形，尺寸半径为0.15mm,此时传热和压降损失的平衡达到最佳，与传统锯齿型翅片相比，平均压降损失基本不变，传热和综合性能平均提高均为8.7％。　　(2)对新型锯齿型翅片散热器在振动状态时的散热性能进行了研究，与静止时相比振动确实可以起到强化传热的目的。数值模拟得到了静止和振动两种状态下散热单元的温度场、速度场以及流场的分布云图，详细分析了一个简谐振动周期内温度场、速度场和流场的变化规律，对比分析了静止和振动时温度场、速度场和流场的不同，表明振动会加大冷空气与热翅片间的温差，改善传热环境，同时,振动会干扰空气的流动，改变空气的流动方向，使空气更多的流向翅片壁面并与壁面形成一定的夹角，阻碍边界层的发展。与静止时相比，翅片壁面以频率f=15Hz和振幅A=4mm振动时，压降损失仅增加1.7％,而传热效率可提高22.6％。　　(3)研究了不同参数对振动强化传热的影响，以场协同原理为基础分析了振动强化传热的机理。分析了不同频率和振幅等振动自身特性参数以及不同风速和不同环境温度等外部条件参数对振动强化传热性能的影响，表明当振幅较小时增大频率或当频率较小时增大振幅，此时对振动强化传热性能的影响效率较低，所以在利用振动进行强化传热时，需在适当的频率和振幅范围内选择合适的频率和振幅组合;存在临界风速，低风速更有利于振动强化传热作用的发挥;环境温度对振动强化传热的影响较小;振动是通过改变温度场和速度场间的夹角来实现强化传热的，小的场协同角更利于对流传热。
作者：	侯硕
专业：	机械
导师：	张西龙;周志成
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2023