汽车中冷器数值分析辅助设计研究

在板翅式中冷器的设计过程中,冷热侧散热带和紊流带的匹配及其尺寸参数的选择对中冷器换热效率和流动阻力有着决定性的影响,是整个中冷器结构设计的关键环节。针对不同散热带和紊流带翅片结构形式组合方案,开展了数值仿真及试验研究。首先通过计算机数值单元仿真方法进行了辅助设计,结合CAD和CFD软件,完成了中冷器的初步设计、仿真、比较和选型;最后通过风洞试验研究,发现仿真分析结果和试验结论较为一致,验证了该方法的有效性及具备较强的工程价值。研究结果表明:在8个备选的中冷器散热带和紊流片翅片结构形式组合方案中,由锯齿型紊流带与直角波纹型散热带组合而成的结构具有最优的换热-阻力综合效果;翅片的高度和峰距对换热性能有重要影响,适当降低热侧通道的高度,增加散热带或紊流片的数目,减小翅片的波距和节距,有助于加强翅片与空气之间的热交换,进而提高换热效率。

中冷器冷却扁管管内传热及流阻性能研究

为解决汽车空-空中冷器冷却扁管最优换热性能的问题,运用FLUENT软件,建立了4种不同断面结构的冷却扁管导热和管内流动换热耦合数学模型,采用CFD方法对该传热问题进行了数值模拟计算。将数值计算的传热努塞尔特数与Gnielinski传热关联式、摩擦因子f与Webb实验关联式、Filonenko经验公式、Blasius关联式进行了对比;良好的结果吻合性验证了数值计算方法的正确性;通过4种冷却扁管换热因子j和流动摩擦因子f的对比分析,提出了冷却扁管综合性能的评价方法(j/f)1/3。研究结果表明,采用无量纲因子(j/f)1/3方法评价口琴式冷却扁管具有最优换热性能,斜撑式冷却扁管次之,从而可为汽车空-空中冷器结构设计或匹配选型提供重要的理论依据。