管帶式散熱器振動(dòng)強(qiáng)化傳熱研究.pdf

1、管帶式散熱器廣泛應(yīng)用于車輛發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)之中，通過合理匹配散熱器散熱量與發(fā)動(dòng)機(jī)功率，可保證發(fā)動(dòng)機(jī)在理想的溫度范圍內(nèi)安全可靠工作。散熱器的散熱效率決定其能源和資源消耗，因此，提升散熱器的散熱效率是研究熱點(diǎn)。本文提出將振動(dòng)強(qiáng)化傳熱技術(shù)應(yīng)用于管帶式散熱器，以提高散熱器的散熱效率，通過數(shù)值模擬和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，對(duì)管帶式散熱器的振動(dòng)強(qiáng)化傳熱效果及機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　建立管帶式散熱器扁管和翅片的數(shù)學(xué)模型，闡述了非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格控制方程的離散方法

2、，及相應(yīng)的速度-壓力耦合解法。利用Fluent進(jìn)行仿真分析，模擬了不同振動(dòng)工況下扁管和翅片對(duì)流換熱過程中的流場(chǎng)與溫度場(chǎng)，研究了振幅和頻率對(duì)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)及傳熱效果的影響規(guī)律。扁管的仿真研究表明:振動(dòng)能夠明顯地?cái)_動(dòng)扁管附近流場(chǎng)，增加管壁邊界層的湍流度，從而提高扁管對(duì)流換熱速率;管壁對(duì)流換熱的平均努賽爾數(shù)在一個(gè)周期內(nèi)的均值（(N)u）隨振動(dòng)強(qiáng)度的增大而增大，其中，增大振幅，(N)u可提高14.07-67.78％;增大頻率，(N)u可提高4.6

3、4-26.03％;隨風(fēng)速增大，振動(dòng)強(qiáng)化傳熱效果減弱。翅片仿真研究表明:振動(dòng)可改變粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，迫使氣體沿百葉窗通道流動(dòng)，提高了流動(dòng)效率，增加了邊界層的湍流度;振動(dòng)能改善溫度場(chǎng)分布，形成利于散熱的熱尾跡，降低了翅片通道的平均溫度，從而明顯改善壁面對(duì)流換熱效果;振動(dòng)時(shí)翅片表面平均熱流密度(q)高于無振動(dòng)時(shí)的值，q隨振動(dòng)強(qiáng)度和入口風(fēng)速的增大而增大，其中頻率的影響大于振幅，增大振幅q最大可提高22.92％，而增大頻率q最高可提升51.50％;

4、振動(dòng)對(duì)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的擾動(dòng)隨入口風(fēng)速增大而減弱。
　　對(duì)管帶式散熱器扁管和翅片的對(duì)流換熱過程進(jìn)行場(chǎng)協(xié)同分析，用場(chǎng)協(xié)同數(shù)和場(chǎng)協(xié)同角分布描述流體區(qū)域的場(chǎng)協(xié)同性，從流場(chǎng)與溫度場(chǎng)的協(xié)同關(guān)系上深入分析散熱器振動(dòng)強(qiáng)化傳熱的內(nèi)在機(jī)制。場(chǎng)協(xié)同分析表明:振動(dòng)能夠明顯改善扁管和翅片換熱表面附近區(qū)域的場(chǎng)協(xié)同角分布，使其沿背離90°的方向變化，從而獲得較好的溫度梯度場(chǎng)和速度場(chǎng)的協(xié)同性，且場(chǎng)協(xié)同性的改善隨振動(dòng)強(qiáng)度的增加而增加，隨風(fēng)速增大而減小。扁管和翅片的仿

5、真研究顯示，振動(dòng)能夠提高換熱壁面對(duì)流換熱速率，場(chǎng)協(xié)同分析指出振動(dòng)改善了對(duì)流換熱的場(chǎng)協(xié)同性，因此，振動(dòng)的擾流之所以能強(qiáng)化傳熱，其內(nèi)在原因是提高了對(duì)流換熱的場(chǎng)協(xié)同性，場(chǎng)協(xié)同原理較好地揭示了振動(dòng)強(qiáng)化傳熱的機(jī)理。
　　搭建了管帶式散熱器振動(dòng)強(qiáng)化傳熱風(fēng)洞試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)散熱器振動(dòng)強(qiáng)化傳熱問題進(jìn)行試驗(yàn)研究。討論了振動(dòng)對(duì)散熱器傳熱及阻力特性的影響，用j/f1/3對(duì)其強(qiáng)化傳熱效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明:振動(dòng)能夠有效提高散熱器總換熱系數(shù)和氣側(cè)換熱系數(shù)，

6、實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，總換熱系數(shù)最大可提高11.71％，氣側(cè)換熱系數(shù)最大可提高16.82％。振動(dòng)在提高散熱器換熱系數(shù)的同時(shí)，也增加了壓力損失，最大壓降損失為40.48％。振動(dòng)條件下壓力損失的百分比隨風(fēng)速的增加而減小，說明高風(fēng)速下振動(dòng)強(qiáng)化傳熱手段相比其他擾流形式的強(qiáng)化傳熱方法在壓力損耗方面更具優(yōu)勢(shì);而低風(fēng)速下壓力損失增加的比例雖然較大，但其增量較小，最大壓力損失增量為17Pa，因此振動(dòng)造成的額外功耗并不大。散熱器傳熱因子(ja)和阻力因子(fa）均