工程机械双流程散热器散热特性分析

发布时间：2017-07-03 22:18

  本文关键词：工程机械双流程散热器散热特性分析

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【摘要】：冷却液散热器是工程机械散热系统中的重要部件,其散热能力能否满足整机的散热要求,直接影响着发动机的工作温度,影响整机的动力性和燃油经济性。随着国际和国内排放法规的日趋严格,许多减少排放的新技术出现,同时也对散热系统提出了更严格的要求。加之受动力舱结构空间限制,仅通过加大散热装置尺寸的传统方法并不能有效解决系统散热问题。研发高效、紧凑的散热器是目前散热器行业的重点和难点。本文针对工程机械热源系统常出现的过热问题,对双流程散热器这种新型、高效散热器进行研究,用于实现发动机冷却液的高效散热。以工程机械冷却液散热器常用的管带式和管片式两种结构为研究对象,研究双流程散热器与传统单流程散热器的散热性能和阻力性能差异。首先,对双流程散热器的冷热流体流动和传热方式进行介绍,并结合散热器计算的平均温差法和效能-传热单元数法,对双流程散热器的传热公式进行推演。其次,建立散热器空气侧波纹翅片的微流道模型,采用Fluent软件对波纹翅片单元进行数值模拟,并与试验关联式进行验证。通过单元体仿真,研究了管带式散热器空气侧波纹型散热带及管片式散热器空气侧波纹型散热片的主要结构参数对翅片传热性能、阻力性能和综合工作性能的影响。再次,采用多孔介质简化方法进行管带式散热器整体仿真,仿真结果与试验数据的匹配程度较好,验证了散热器整体仿真方法的正确性。在冷热流体改变流量的情况下,研究管带式双流程散热器和管带式单流程散热器的散热性能与阻力性能差异,结果表明,双流程散热器具有更大的散热效能。经过对单、双流程散热器冷热流体的温差场均匀性分析表明,双流程散热器冷热流体的温差场更加均匀。经过分析还得出,采用双流程会带来冷却液压降的大幅提升。此外,对管片式结构的散热器进行了整体仿真,研究了管片式双流程散热器与管片式单流程散热器的散热性能和阻力性能差异。并对比了管片式和管带式双流程散热器在散热性能和阻力性能方面的优劣,从紧凑性、经济性和工艺性三个方面进行了评价,对比结果表明管带式双流程散热器具有更好的综合性能。最后,针对装载机双循环散热系统高、低温散热器对热源的散热功率要求,研究双流程散热器在解决系统散热问题的应用,对高、低温散热器采用并联和串联的两种情况,研究单流程散热器和双流程散热器的应用所带来散热量、空气阻力以及冷却液阻力方面的差异性。提出并联和串联的改进方案,改进后的方案能够满足常规工况的散热功率要求,且串联改进方案更优。
【关键词】：工程机械 双流程散热器 CFD仿真 翅片结构参数 传热
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU603
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 散热器传热单元的研究现状14-15
• 1.2.2 散热器整体性能的研究现状15-17
• 1.2.3 双流程散热器的研究现状17-18
• 1.3 本文主要研究内容18-20
• 第2章 双流程散热器数值模拟基础20-36
• 2.1 散热器芯体结构20-22
• 2.1.1 双流程散热器流动和传热方式介绍20-21
• 2.1.2 管带式和管片式芯体结构21-22
• 2.1.3 散热器芯体空气侧翅片结构特征22
• 2.2 散热器翅片强化传热性能评价22-24
• 2.2.1 翅片强化传热性能表示方法22-24
• 2.2.2 翅片强化传热性能评价方法24
• 2.3 散热器计算和优化理论24-30
• 2.3.1 平均温差法25-28
• 2.3.2 效能-传热单元数法28-29
• 2.3.3 场协同理论在散热器优化中的应用29-30
• 2.4 空气侧波纹翅片CFD分析30-34
• 2.4.1 波纹翅片微流道模型30-31
• 2.4.2 计算区域离散及边界条件设置31-33
• 2.4.3 控制方程33-34
• 2.5 单元体仿真方法的验证34-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第3章 管带式双流程散热器散热特性分析36-58
• 3.1 散热器整体模型数值仿真研究36-40
• 3.1.1 散热器物理模型36-37
• 3.1.2 多孔介质参数确定37-38
• 3.1.3 散热器的数值模拟38-39
• 3.1.4 散热器整体仿真结果分析39-40
• 3.2 仿真方法的试验验证40-41
• 3.3 单、双流程管带式散热器整体性能对比41-47
• 3.3.1 单、双流程散热器的温差场均匀性分析41-44
• 3.3.2 不同进气速度的单、双流程管带式散热器性能对比44-45
• 3.3.3 不同进水流量的单、双流程管带式散热器性能对比45-47
• 3.4 管带式空气侧翅片结构参数对翅片性能的影响47-52
• 3.4.1 翅片间距对翅片性能的影响47-48
• 3.4.2 翅片高度对翅片性能的影响48-49
• 3.4.3 翅片波幅对翅片性能的影响49-50
• 3.4.4 翅片波长对翅片性能的影响50-51
• 3.4.5 翅片厚度对翅片性能的影响51-52
• 3.5 冷却液进出口位置对管带式双流程散热器性能的影响52-55
• 3.5.1 冷却液流量分配均匀性52-53
• 3.5.2 冷却液进出口位置仿真方案安排53
• 3.5.3 冷却液进出口位置对冷却液流量分配的影响53-55
• 3.6 本章小结55-58
• 第4章 管片式双流程散热器散热特性分析58-74
• 4.1 散热器整体模型的CFD仿真58-61
• 4.1.1 散热器物理模型58-60
• 4.1.2 散热器整体仿真结果分析60-61
• 4.2 单、双流程管片式散热器整体性能对比61-63
• 4.2.1 不同进气速度的单、双流程管片式散热器性能对比61-62
• 4.2.2 不同进水流量的单、双流程管片式散热器性能对比62-63
• 4.3 管片式空气侧翅片结构参数对翅片性能的影响63-68
• 4.3.1 翅片间距对翅片性能的影响63-64
• 4.3.2 翅片波幅对翅片性能的影响64-66
• 4.3.3 翅片波长对翅片性能的影响66-67
• 4.3.4 翅片厚度对翅片性能的影响67-68
• 4.4 管片式和管带式双流程散热器的性能对比68-72
• 4.4.1 散热性能对比69-70
• 4.4.2 阻力性能对比70-72
• 4.4.3 工艺性对比72
• 4.5 本章小结72-74
• 第5章 双流程散热器在双循环散热系统中的应用研究74-88
• 5.1 工程机械双循环散热系统74-76
• 5.1.1 双循环散热系统介绍74-75
• 5.1.2 双流程散热器在双循环散热系统中的应用75-76
• 5.2 高、低温散热器并联散热解决方案76-81
• 5.2.1 高、低温散热器等宽度并联布置方案对比76-79
• 5.2.2 并联方案改进79-81
• 5.3 高、低温散热器串联散热解决方案81-87
• 5.3.1 双流程串联和单流程串联的方案对比81-83
• 5.3.2 串联方案改进83-84
• 5.3.3 串、并联改进方案的比较84-87
• 5.4 本章小结87-88
• 第6章 全文总结与展望88-90
• 6.1 总结88-89
• 6.2 展望89-90
• 参考文献90-94
• 作者简介94-96
• 致谢96

【参考文献】

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本文编号：515363