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工程车辆散热器散热机理及选型方法研究
| 论文题名： | 工程车辆散热器散热机理及选型方法研究 |
| 关键词： | 板翅式散热器;计算流体力学;数值传热学;工程车辆;选型方法 |
| 摘要： | 散热器性能不足的问题一直困扰着国内工程车辆制造商，徐工集团作为国内最大的工程机械生产企业之一，目前研究重点集中在散热器性能优化和选型方法。由于散热器工程计算中需要确定的微观参数无法通过工程计算得到，其计算结果精度无法满足工程要求。本论文依托徐工XGSX04-58散热器选型项目，利用Fluent数值分析结合工程计算分析了平直板翅和错齿板翅的散热机理并提出了散热器选型的可行方法。在项目的研发中，有效改善了XGSX04-58散热器的散热效率。论文的主要工作内容有: (1)根据Fluent要求，计算流体力学和数值传热学相关知识，针对项目研究对象XGSX04-58散热器建立数学模型，选择离散格式和离散方程解法。对散热器性能微观评价标准:传热因子、摩擦因子的意义和计算方法进行介绍，根据数值仿真环境和结果简化工程计算方法，并将计算得到的散热器散热量及风压损失作为散热器性能的宏观评价标准，为散热器选型提供依据。 (2)根据项目实际调研情况，简要介绍了板翅散热器生产过程，定性分析了平直翅片板翅散热器和错齿翅片板翅散热器的性能优劣。针对项目提供四组散热器的结构单元建立物理模型和计算域，划分网格，并加密关键部位网格，进行网格无关性验证。最终确定了网格尺寸及数量。 (3)本文利用Fluent对四组散热器空气侧结构单元进行数值仿真，分别对平直翅片和错齿翅片在不同进风风速下的传热及空气流动情况进行分析。结合场协同理论，对相同进风风速下平直翅片和错齿翅片内部传热及空气流动情况进行了对比。分别拟合得到传热因子、摩擦因子与雷诺数的关联式，关联式在雷诺数为3000到6000之间适用。计算并拟合得到散热量、风压损失与进风风速的关联式，根据仿真和计算结果从四组翅片结构中选出综合性能最佳的散热器结构。 (4)在徐工研究院完成了风洞实验，并将实验结果与数值仿真结果进行了对比分析。从比较结果可以看出:数值仿真得到的传热因子和摩擦因子与实验值误差分别约为14％和13％，散热量及风压损失的误差分别约为6％和7％，满足设计技术要求，说明仿真及计算结果符合实际状况，其结果可靠、有效。研究所确定的散热器在正常海拔条件下，当冷却水进水量为205L/min，进风风速为4m/s时，散热器的散热功率为120kW，风压损失约为130Pa，完全满足技术要求。研究结果说明:数值仿真和工程计算相结合进行散热器的选型计算具有较高的精确度，其结果能够满足技术要求，同时可大大缩短设计周期和减少实验样本数，其研究方法对工程车辆散热器的设计与选型具有一定的指导意义。 |
| 作者： | 聂春晖 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 李军;张世艺 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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