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管带式散热器百叶窗翅片的热力性能优化
| 论文题名： | 管带式散热器百叶窗翅片的热力性能优化 |
| 关键词： | 管带式散热器;百叶窗结构;强化传热;热力性能优化;数值模拟 |
| 摘要： | 管带式散热器是车用发动机冷却系统的关键部件。发动机运行时，冷却水吸收汽缸套传出的热量，流入散热器与空气发生热交换。在冷却水散热过程中，对传热起主要阻碍作用的是散热管壁及散热带与空气之间的对流传热热阻。因此，设法降低管外对流传热热阻是提升散热器热力性能的最直接方法。 本文从散热带常规的百叶窗翅片入手，针对其几何结构优化，旨在降低散热器空气侧的传热热阻或流动损失，提高二次传热面（翅片）的换热效果。文中提出四种改进型结构的百叶窗翅片，即瘦腰型、弯折角、阶梯型及侧边开设三角翼涡流发生器的翅片。基于CFD的数值模拟方法，对各种结构的翅片分别建立理论模型，通过数值计算得到速度、压力、温度等气流热工参数的分布和变化情况，选取传热特性数Nu、传热因子j及等效热阻Rh作为传热特性评价因子，阻力因子f作为阻力特性评价因子，采用j/f、hstd-Estd、j/f1/3作为综合评价因子评价翅片的流动传热性能，并与常规百叶窗翅片的计算结果进行对比、分析，从减少功耗或增加传热能力的角度论证改进型翅片的可行性及优势。得到以下主要结论: (1)从减少功耗角度出发，将常规百叶窗剪裁成梭型、瘦腰型两种样式，相对于常规翅片，两种翅片的阻力性能改善效果显著，最大降幅均可达15％以上，同时，可以增大改动处的流速，提高翅片的换热效率，综合评价因子j/f增幅高于11.3％，综合性能提升明显。 (2)对常规百叶窗翅片的窗体前后边缘进行弯折处理，可以不同程度地降低气流流经百叶窗翅片的阻力性能。计算结果显示，阻力因子f随着弯折长度与角度的增大而减小，传热因子j有小幅降低。弯折长度为0.2mm，弯折角分别为10°、15°的两种翅片综合评价指标较高;弯折角度为15°，弯折长度分别为0.2mm和0.3mm的翅片流动阻力特性改善明显，但0.2mm的翅片的流动传热性能更为理想。 (3)阶梯型百叶窗翅片兼具锯齿型翅片和百叶窗翅片的优点，通过重组翅片结构，进一步抑制栅格表面边界层的发展，同时增强栅格间气流扰动，促进流体的混合，等效热阻小于百叶窗翅片，降幅高于13.5％。具有很好的综合性能，低雷诺数区优越性更为突出，ReLp=228-457范围内，综合评价因子j/f1/3乃增幅达11.46％-7.66％。 (4)考虑散热带实际侧边的存在，在侧边上开设三角翼涡流发生器以强化翅片与空气之间的传热。涡流发生器促进侧边区流体强烈混合，同时增强对百叶窗区流体的扰动，对流换热更充分。ReLp=228-1028时，等效热阻降低2.5％-5.9％。侧边开设涡流发生器的翅片综合性能优于常规翅片，且雷诺数越大，综合性能越好，综合评价因子j/f1/3增幅最高可达3.5％。 |
| 作者： | 薛成成 |
| 专业： | 热能工程 |
| 导师： | 王迎慧 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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