车载紧凑式换热器高效轻质的性能优化研究

针对当前车载锯齿型板翅式换热器在某新型车辆有限空间内传热与流动阻力性能不足、整机质量大的问题,提出了一种车载锯齿型板翅式换热器的优化方案。首先,对4种具有不同翅片参数的空气-水车载锯齿型板翅式换热器进行了实验测试,探究了已有换热器的传热与流动特性;然后,基于实验数据构建了锯齿型翅片通道的三维数值计算模型,获得了适用结构参数范围更加宽泛且拟合精度良好的换热器流动换热关联式,同时基于换热器几何结构获得了整机质量计算模型;最后,结合非支配排序遗传算法(NSGAⅡ)以及传热与流动阻力综合性能评价图,开展了车载锯齿型板翅式换热器关键翅片结构参数的多目标优化研究,给出了综合性能优异的换热器结构参数。结果表明:优化后锯齿型板翅式换热器的阻力系数降低了14.3%,综合性能评价因子增加了10.7%,整机质量减少了18.2%,实现了换热器高效轻质的优化目标。所提车载锯齿型板翅式换热器优化方案,对提升其综合性能与降低制造成本具有参考价值。

开缝翅片压降和换热特性的数值模拟

利用计算流体力学软件STAR-CD研究了开缝翅片管式换热器的换热和压降特性,分析了开缝翅片厚度对换热器压降、换热特性的影响,并用场协同理论分析了计算结果.得出了翅片开缝能起到强化翅片换热的效果且开缝翅片厚度存在最佳值等结论,为优化新型管翅式换热器提供参考.同时,将模拟计算结果与实验结果加以比较.结果表明,数值模拟与实验结果基本吻合.

错位翅片油冷器结构优化分析

在Muzychka经验公式的基础上,开发了采用错位翅片的机油冷却器的性能计算软件.利用该程序可进行错位翅片的优化设计,得出几何参数对换热量和压降影响的规律.实验及计算结果表明:该软件的计算误差较小;边界层对压降的影响很大.

锯齿翅片的传热与阻力性能试验

在风洞试验台上对16种不同结构参数的板翅换热器中使用锯齿翅片进行了传热和流动阻力性能试验，分析比较了翅片间距和翅片长度对其表面对流传热系数和空气阻力性能的影响。同时通过对16种翅片的244个试验数据点进行多元回归和F显著性检验，获得了j因子和f因子的经验关联式。在Re=5007500范围内，经验关联式的最大误差范围为±10％，绝对平均偏差分别为4．2％和5．3％。

错列锯齿型钢翅片几何参数和模具磨损对其性能的影响

搭建新型单翅片性能试验台，对同一副模具冲制的齿高为3．0～3．6mm、齿距为6．81～8．45mm的6种锯齿型翅片进行低雷诺数下传热和阻力性能的试验研究，并对翅片模具磨损规律和寿命进行了量化的探讨．将试验结果与三维仿真结果以及Muzychka的研究结果进行比较，三者的趋势吻合良好．基于Levenberg-Marquardt法对试验数据进行回归分析，得到翅片传热因子和摩擦因子的试验关联式．通过测试生产线上一副模具在不同冲压次数下翅片的性能，发现模具磨损过程存在3个阶段，第2阶段的翅片质量比较稳定；该类模具的推荐使用寿命为105万次，超过该冲压次数后翅片毛刺明显增多．研究结果为错列锯齿型钢翅片的性能优化提供了参考．

错列锯齿翅片流动及传热特性的参数化数值与试验研究

采用CD40柴油机油为工作介质，在发动机冷却系统实际工况下，对21种几何尺寸的错列锯齿型不锈钢翅片进行了研究。考察了齿高、齿距、齿开窗宽度、齿厚、齿型角、错齿距对错列锯齿型翅片流动及传热特性的影响，结果表明：在研究参数范围内，齿高为3．2mm、齿距为14mm、开窗宽度为1．5mm、齿型角为70°、齿厚为0．5mm、错齿距为齿距的1／4时，翅片的综合性能最优。通过仿真数据拟合，得到了基于雷诺数和无量纲参数s／h、t／s、t／b的传热因子、摩擦因子的关联式。70％的传热因子试验值与关联式值的相对偏差在±10％以内；摩擦因子试验值与关联式值的相对偏差在5％～15％，可用于该型翅片的选型和前期设计。

不同错开位置的锯齿翅片的热力特性研究

作者认为，对于锯齿翅片传热表面，除了高度、节距及切口长度等重要结构参数以外，还应研究“切口的错开位置”这一结构参数对传热与阻力的影响问题。为此，作者对４种错开位置不同的锯齿翅片，按２组不同的高度，做成８种试验件，应用瞬态法（在建立瞬态理论模型时，考虑了纵向和横向导热的问题，同时采用了不同于选点配比法和间接配比法的全程直接配比法）进行了试验研究，得出了每种翅片的传热特性准则关系式，并在实验的基础上，对错开位置与传热特性的关系问题进行了整理和分析。本研究结果为继续深入研究锯齿翅片几何结构参数的影响及其在工程上的应用问题提供了有益的参考。

锯齿与打孔翅片表面性能数值模拟

以两种翅片表面(锯齿翅片、打孔翅片)为研究对象,采用FLUENT软件模拟和分析不同结构参数和数对翅片表面传热与流动阻力的影响,得出不同结构参数和操作参数下两种翅片的表面性能曲线;分别分析了锯齿翅片的翅片高度、翅片间距、翅片厚度和切开长度以及打孔翅片开孔率对翅片表面流动与传热性能影响;分析比较了两种翅片的性能。

不同流动角度下锯齿型错列翅片性能的试验研究

为了解流体在不同流动方向下锯齿型错列翅片的传热及阻力性能,定义了流体在翅片内的流动角度β,以单层翅片为测试对象进行试验研究,按照正交设计法并结合实际情况进行16组翅片的试件安排,得到了不同雷诺数下各翅片的传热及阻力特性。结果表明:当β从0°增大到90°时,翅片的传热因子和摩擦因子均增大;翅片齿距与齿高的增大都有利于提高翅片的传热性能,但同时摩擦损失也相应增大。通过对16组翅片的233个数据点进行拟合得到本试验条件范围内锯齿型翅片关于雷诺数、流动角度及各几何参数的传热因子和摩擦因子的试验关联式,传热因子的试验关联式对于97.4%的试验数据误差小于±15%,其平均偏差为5.21%;摩擦因子的试验关联式对于87.6%的试验数据误差在±15%内,其平均偏差为5.73%。

错齿翅片的传热与阻力性能试验

对9种不同结构参数的错齿翅片进行传热和流动阻力性能试验,分析比较翅片的间距、高度和节距等结构参数对其传热因子和阻力性能的影响.同时,利用场协同原理揭示错齿翅片强化传热的机理,并采用单位面积泵功率的评价方法,比较9种翅片的强化传热效果.结果表明,错齿翅片的节距和长度对其热工性能影响最为显著.

小管径三排管开缝翅片传热特性的实验与数值研究

本文对应用于二氧化碳跨临界空调制冷循环的三排管小管径开缝翅片管换热器空气侧的传热及阻力性能进行了实验与数值研究,数值模拟结果与实验值的最大偏差仅为10%。此外,通过四种途径研究了倾角对换热的影响,发现倾角有利于换热强化但换热量的增加不及压降的增加。

管带式水散热器冷却空气侧阻力性能数值模拟

传统的散热器流动阻力性能分析是依靠大量的试验来完成,而通过计算流体力学(CFD)模拟计算可以在获得直观结果的同时大幅度地减少试验工作量。建立了管带式水散热器冷却空气侧波纹翅片通道的稳态湍流数学模型,对车用管带式水散热器冷却空气侧阻力性能进行数值分析,计算结果与试验数据基本吻合。通过分析得到阻力系数与平均流速拟合函数,经过修正可以用于不同环境温度下阻力性能分析预测。

不同错开位置锯齿翅片热力特性的三维仿真

对通道壁面沿流动方向周期性地错开而在横向上通道壁面有几组不同错开位置的强化换热翅片的层流流动和传热情况进行了三维仿真分析。这类翅片经常被应用在汽车和电子设备的冷却系统中。三维有限元方法用来模拟Re数在100～1500范围时翅片的速度场和温度场,考虑了通道壁面的不同错开位置(SSP)对翅片传热性能的影响。仿真结果与以前的试验数据也进行了比较研究。

航电设备内冷通道扩展表面的传热与流动特性研究

在某航空电子冷却机箱中,综合考虑其使用环境,采用了CNC加工的叉排直肋作为其内冷肋化通道。为找出影响该类扩展表面的传热与流动特性的主要因素,采用正交实验设计的方法,对不同结构参数的25种肋片应用Fluent进行了数值模拟,通过极差分析研究了对传热流动特性影响最大的结构参数,同时获得了流动参数范围内用于工程计算的j、f计算关联式。

基于Dynaform铝制错列锯齿翅片成形有限元模拟

使用有限元软件模拟了翅片成形与卸载回弹过程,研究了冲压压力对翅片成形过程的影响。结果表明:翅片成形过程中,板料变形主要集中在锯齿上。冲压压力为20MPa时,成形较好;铝板的厚度变化较小,最小板厚是1.96 mm,减薄率是8%。错列锯齿翅片大多数区域的应力、应变分布均匀平稳,但在锯齿端部,铝板的应力、应变复杂,易产生缺陷,在成形过程中应采取必要的应对措施。

低雷诺数流动错位翅片传热和压降特性的实验研究

通过对油水板翅式换热器进行的性能试验,得到了低雷诺数流动下板翅式换热器翅片侧传热与阻力特性的数据,在此基础上获得了错位翅片传热因子与摩擦系数的准则关系式,传热因子和摩擦系数的最大计算误差分别为0.62%和1.44%。根据这些准则关系式提出了一个衡量翅片质量的经济系数。

车用发动机润滑油冷却器传热和阻力特性的研究

选取国内生产车用发动机润滑油冷却器的4个主要厂家生产的同一型号的8个冷却器进行了传热和阻力特性的实验研究,实验结果表明,由于采用不同生产工艺,冷却器的传热性能和阻力特性有较大的差异。根据冷却器传热性能和阻力特性的实验数据拟合了换热量、阻力随润滑油流量的变化关系,可为车用润滑油冷却器的结构设计及选型提供依据。

低雷诺数工况下锯齿型翅片性能的参数化研究

基于田口方法,结合均匀设计法对低雷诺数工况下错列锯齿型翅片进行三维参数化数值研究。以单层翅片组件为测试对象,对6种试件的试验表明,仿真结果与试验数据的趋势吻合良好,而存在差异的主要原因是试件加工工艺引起翅片表面存在毛刺。按照均匀设计法得到6因子5水平的11种仿真方案,引入田口方法的信噪比和贡献率,研究各几何参数对翅片性能的影响程度,依次为齿距、齿高、齿型角、错齿距、齿开窗宽度和齿厚。根据各水平下各可控因子的信噪比分布得到翅片的优化模型,并通过仿真验证了优化模型的有效性。

锯齿翅片紧凑式换热器的熵产分析

对锯齿翅片紧凑式换热器进行了熵产分析，将熵产率与无肋情况进行了比较，引入参数Ｎ表征。对不同的热负荷情况，讨论了几何参数一定的换热器Ｎ随流动雷诺数变化情况。研究了肋条长度与水力直径之比和肋条厚度与水和直径之比、通道宽高比α＊对Ｎ的影响。

叉排翅片传热特性的二维与三维数值分析

换热器是一种广泛应用于工业生产的设备,而叉排翅片(OSF)因具有良好的换热性能而被广泛应用于换热器。目前基于二维(2D)与三维(3D)数值方法,针对OSF流动传热特性已展开了大量研究。为了进一步加深对实际边界条件下的OSF传热特性的研究,通对层流和过渡流下的OSF进行2D与3D的非定常数值分析,找出二者在预测换热性能方面的差异并分析导致差异的影响因素,从而寻找一种利用2D或3D数值方法模拟OSF流动传热特性的有效途径,研究结果表明:在层流区3D效应较小,采用2D数值方法可更为有效地对理想的OSF传热特性进行定性和定量的预测;在过渡流区3D效应加强,由于OSF底板边界层对非定常流的抑制作用,2D数值分析方法不能准确地预测OSF的传热性能。