汽车散热器的优化设计及传热性能分析的研究
散热器的性能研究及优化设计
散热器的性能研究及优化设计散热器是一种用来散发热量的设备，广泛应用于电子设备、汽车、工业设备等领域。
在高温环境下，散热器能有效地降低设备的温度，维持其正常运行。
散热器的性能研究和优化设计对于提高设备的可靠性、延长设备寿命具有重要意义。
首先，研究散热器的性能可以从材料选择和形状设计两个方面入手。
散热器的材料选择应考虑其导热性能、机械强度和耐腐蚀性。
在导热性能上，铜和铝是常用的散热器材料，可以提供较好的导热性能；而在机械强度和耐腐蚀性上，不锈钢是一个较好的选择。
形状设计上，增加散热器的表面积可以提高其散热能力，可以采用数种形式的片状散热器，如鰤鱼鳃状、凸起状等。
其次，优化散热器的设计可以从流路优化和翅片结构优化两个方面着手。
在流路优化上，要考虑流动的均匀性和速度。
为了保证流体在散热器内部能够均匀流动，可以在散热器内部设置流道，使流体能够充分接触到散热表面，提供更大的散热面积。
流体的速度也是影响散热效果的重要因素，应该避免流体速度过高或过低，以避免流动过慢导致散热效率低，或者流体速度过高导致压降过大。
在翅片结构优化上，可以通过改变翅片的形状、尺寸和排列方式，增大翅片的散热面积，提高散热器的散热能力。
此外，可以通过增加散热介质的流动性来提高散热器的性能。
传统的散热器一般使用空气作为散热介质，但空气的导热性能较差，且热容量小。
可以考虑使用液体介质，如液冷散热器中使用的水或制冷剂，其导热性能和热容量要好于空气。
此外，还可以采用换热器和风扇辅助散热的方法，进一步优化散热器的设计。
最后，对于散热器的性能研究和优化设计可以采用实验方法进行验证。
可以设计实验平台，测试不同材料、形状、流量等条件下的散热器性能，通过实验数据来验证理论模型的准确性，进一步优化设计。
综上所述，散热器的性能研究和优化设计可以从材料选择、形状设计、流路优化、翅片结构优化以及散热介质流动性等多个方面入手。
通过对散热器的研究和优化，可以提高设备的散热能力，提高设备的可靠性和寿命。
汽车散热器试验研究及性能分析
IV
目
录
目
录
中文摘要.......................................................................................................................................... I 英文摘要....................................................................................................................................... III 1 绪 论......................................................................................................................................... 1
College of Power Engineering of Chongqing University, Chongqing, China May 2013
中文摘要
摘
要
汽车散热器作为发动机冷却系统的重要组成部分，主要作用是通过金属扁管 和翅片将冷却系统的循环介质在发动机舱吸收的热量传递给外部环境，以维持发 动机冷却系统有效循环，保证发动机的正常工作。 本文基于 JB/T 8577-2005、JIS D 1614-2000 等工业标准，研制了一种以测量散 热量和阻力压降为目的的高精度汽车散热器性能试验台。试验台主测为空气侧， 采用焓差法测定散热能力。试验台在空气侧设计增加了取样装置，以对进口空气 温度进行测量；试验台风道系统采用插入式多喉颈流量计和文丘里流量计组合的 方式对空气流量进行测量，不仅保证了测量精度和准确度，也提高了测量范围。 试验台辅测为介质侧，采用比热容法测定散热能力。试验台在介质侧设计增加了 一个有压力标准接头和铂电阻温度传感器标准接头的取样装置，以方便温度和压 力测量，减小连接管路对压力测量的影响。通过与出厂试验数据的对比可知：试 验数据准确有效、真实可靠，性能试验台能够应用于汽车散热器的工程实际。 考虑到汽车散热器工作时冷却介质和空气流动为非接触交叉流动，即通过扁 管和翅片外表面进行热交换，这样只要建立准确的数学模型，就可对不同扁管数 目，不同翅片形式散热器进行方法相同的仿真计算。本文以百叶窗翅片汽车散热 器为研究对象，以矩阵实验室为基础，编写根据汽车散热器计算长度确定出口状 态参数为迭代算法的性能仿真程序，对仿真程序进行可视化界面设计以完成散热 器传热和压降的仿真模型。通过仿真与试验结果对比可知：仿真结果与试验结果 在空气侧散热量相对误差<3.5%，介质侧散热量相对误差<3.1%，空气侧压降相对 误差<7.2%，介质侧压降相对误差<8.9%。 随着汽车产业的发展，散热装置在节省材料方面越来越被重视，要求汽车散 热器的开发设计是最优的可行方案 。本文通过矩阵实验室脚本文件编写散热器优 化程序，利用遗传算法以百叶窗开窗间距、百叶窗开窗角度，百叶窗翅片间距、 翅片厚度、扁管厚度、扁管管壁厚度为优化变量，对汽车散热器进行优化设计。 结果表明：在保证散热量和阻力压降满足设计要求情况下，相比于原散热器优化 后散热器耗材面积减少了 5.8％左右；在耗材面积一定和阻力压降满足设计要求情 况下，相比于原散热器优化后散热器的散热量提高了 4.2%左右。 关键词：汽车散热器，性能试验台，仿真模型，优化设计
散热器的性能研究及优化设计
散热器的性能研究及优化设计散热器是现代电子设备的重要组成部分，其主要功能是将设备内部产生的热量转移至周围环境中，保持设备工作的稳定性和可靠性。
随着计算机、手机等电子设备的发展，散热器的性能要求也越来越高。
本文将从散热器的原理、性能指标以及优化设计方面进行探讨。
一、散热器的原理散热器的原理是利用传热学中的对流散热方式进行散热。
散热器的设计是将热源附着在散热器的表面，通过散热器的表面积将热量传递给周围环境。
散热器的表面结构可以设置多个散热片，增加热量的散发面积，从而提高散热器的散热效率。
同时，通过风扇等装置将周围的空气进行强制对流，进一步增强热量的散发。
二、散热器的性能指标1. 热阻：热阻是评估散热器散热效率的重要指标，其定义为单位面积的热阻力，即在单位面积上传递单位时间的热量与侧边面之间的温度差之比。
热阻越小，散热器的散热效率越高，因此该指标通常越小越好。
2. 噪音：散热器的噪音也是需要考虑的因素。
为了提高散热器的散热效率，在高速风扇的辅助下，通风孔经常会比较大，从而产生一定的噪音。
因此，散热器的设计也应该注重减少噪音。
3. 重量：散热器的重量也是需要考虑的因素。
过重的散热器会增加设备的整体重量，不利于移动，同时也会增加安装的难度和成本。
三、散热器的优化设计散热器的设计需要考虑多个因素，包括散热器的表面积，散热片的数量、大小和形状，以及散热器的风扇和通风孔的尺寸和布局等方面。
1. 增加散热片的数量和面积散热器的表面积决定了其能够散发热量的大小，因此增加散热片的数量和面积可以有效提高散热器的散热效率。
同时，也可以通过设计不同形状的散热片，使其更好地适应各种不同的设备，并提高散热器的美观度。
2. 优化风扇和通风孔的尺寸和布局散热器的风扇和通风孔的布局和尺寸也是影响散热器散热效率的重要因素。
优化风扇的转速和尺寸，以及通风孔的大小和布局，可以提高空气流动的效率，进一步增加散热器的散热性能。
同时，优化风扇和通风孔的设计，也可以有效降低散热器的噪音，使其更加适合各种不同的场合使用。
新能源汽车高温环境下的散热器结构设计与优化
新能源汽车高温环境下的散热器结构设计与
优化
随着全球环境问题日益凸显，新能源汽车作为替代传统燃油汽车的主
要选择之一，受到了越来越多的关注和重视。
在新能源汽车的发展过程中，高温环境下的散热器结构设计与优化成为了一个关键的问题。
高温环境对新能源汽车的电池、电机等元器件都会造成不同程度的影响，因此如何有效地解决高温环境下的散热问题，成为了新能源汽车研发的一个重要方向。
首先，高温环境下的散热器结构设计需要考虑到汽车整体的工作环境
和使用条件。
在高温环境下，汽车各个部件的工作效率都会受到不同程度的影响，因此散热器的设计需要充分考虑到这些因素。
例如，散热器的位置及布局要能够有效地散热，同时不影响其他部件的正常工作，保证汽车的整体性能不受影响。
此外，散热器的材料选择也是非常重要的，需要考虑到耐高温、导热性能好等因素，以确保散热效果的最大化。
其次，针对高温环境下散热器的优化设计，可以采用一些新的技术手
段和方法。
比如，可以利用计算流体力学（CFD）仿真模拟技术，对散热器
的内部流场进行详细的分析和优化，以提高散热效率。
同时，可以采用新型材料或增加表面积等手段，提高散热器的散热效果。
此外，还可以结合汽车的整体设计，对散热系统进行综合优化，提高汽车在高温环境下的工作性能。
最后，高温环境下的散热器结构设计与优化是一个复杂而又具有挑战
性的问题。
在新能源汽车的发展中，如何有效地解决这一问题，将对汽车的整体性能和使用寿命产生重要影响。
因此，需要不断地进行深入研究和探索，结合新的技术手段和方法，以确保新能源汽车在高温环境下的散热效果达到最佳状态，为推动新能源汽车的发展贡献力量。
浅谈某款汽车散热器设计及性能校核
散热器的正面积也称迎风面积。正面积 越大，则散热器被冷却风扫过的区域就越大， 冷却效率就越大。散热器的正面积还需要同相 应直径的风扇及风扇与散热器的相对位置相匹 配。
F 散热器正面积 R = Vα να (m2 )
式中：να —散热器正前面空气流速， να ＝10～15 m / s ；Vα —冷却空气需要量。
在散热器的正面积确定后，增大芯厚或增 加冷却管、散热带的数量及散热带的折数，都 可以增加散热面积。但是芯厚增加的同时会增 加风阻，而散热带数量或折数增加同样也会增 大风阻或造成散热器芯子的阻塞。
散热器散热面积 F = QW (m2 ) K R ∆t
式中： ∆t —平均冷却液温度与平均空气 温度的差值； KR —传热系数。
参考资料 1、万欣 ((内燃机))、林大渊，内燃机设计， 天津大学出版社, 1989 2、汽车工程手册，人民交通出版社，2001
11
FORTUNE WORLD 2012.09
冷却系统散走的热量 ，受许多复杂因 素的影响，但 可以用经验公式估算：
参数的确定：
A —传给冷却系统的热量占燃料热能的
百分比 取 A ＝0.23
—内燃机燃料消耗率 取 ＝0.21
—内燃机功率 取 =125
hn —燃料低热值 取 hn ＝43100
所以：
=72.3kJ/s B、冷却空气需要量Vα 冷却空气的需要量Vα 一般根据散热器散
参数的确定：
A —传给冷却系统的热量占燃料热能
的百分比 取 AΒιβλιοθήκη 0.15—内燃机燃料消耗率
取
＝0.2
—内燃机功率 取 =120
hn — 燃 料 低 热 值
取 hn ＝
管带式汽车散热器的优化设计及计算软件开发
江苏大学硕士学位论文管带式汽车散热器的优化设计及计算软件开发姓名：杨志坚申请学位级别：硕士专业：热能与动力工程指导教师：魏琪20060401铜质散热器和钎焊式铝散热器为行业的主导产品。
１．２汽车散热器的基本结构散热器是由冷却用的散热器芯子、贮存冷却液的上水室和下水室３部分组成的。
由于散热器工作时会产生水蒸气，所以上水室还承担着气水分离的作用。
图（ｉ－ｉ）直流式散热器１．散热器２．上水室３．下水室４．散热器芯子散热器芯子是散热器的核心部分，起主要的散热作用。
散热器芯子由散热管、散热片（或散热带）、上下主片等组成。
由于它具有足够的散热面积，因此能保证将必须的热量从发动机散发到周围的大气中去。
而且散热器芯子是用极薄的导热性能好的金属及其合金制造的，能使散热器芯子以最小的质量和尺寸达到最高的散热效果。
图（卜２）管带式图（卜３）管片式圜散热器芯子根据翅片的排列方式，主要分为管片式图（卜３）和管带式图（卜２）。
对于管片式芯子，它是由许多散热管和散热片组成。
散热管的外面串装了许多薄的金属平片（散热片）。
空气在平行的散热片及散热管的外表面所形成的风道中通过，从而使散热管内流动的冷却液得到冷却。
管片式散热器的主要特点是结２江苏大学硕士学位论文４．４管带式散热器的设计、校核与优化计算软件介绍为缩短厂家的设计周期、规范设计过程，本文采用Ｖｉｓｕａｌｃ＋＋编制管带式散热器的设计、校核与优化计算软件。
Ｖｉｓｕａｌｃ＋＋（简称ｖｃ抖）是美国微软公司推出的目前使用极为广泛的可视化编程平台，是一种强大的程序开发工具，它提供了一个集成环境，用于建立、调试Ｗｍｄｏｗｓ应用程序，从而大大简化了复杂的程序开发过程，提高了编程效率。
一、软件的主要功能简介软件打开后，由开始界面自动跳到主界面（图４—４），主界面采用下拉菜单的形式，菜单栏中有四项主要的功能，包括：设计、校核、优化、设计结果。
为了方便设计和校核计算结果的保存和比较，本文用ｖｃ＋＋创建数据工程的方法创建数据库和数据表来保存设计和校核计算结果，数据源的类型选择ＭｉｒｃｒｏｓｏｆｔＡｃｃｅｓｓ数据库，分别建立设计计算结果和校核计算结果两张数据表。
汽车散热器的毕业设计论文
汽车散热器的毕业设计论文首先，汽车散热器的设计需要考虑的要素有很多。
其中最重要的是散热器的换热效率、尺寸和重量。
换热效率是散热器最重要的指标之一，它决定了散热器能否有效地将热量散发出去。
尺寸和重量则直接关系到整个汽车的空间利用和重量控制。
因此，在设计散热器时需要在这些指标之间进行平衡和折衷，以满足汽车的需求。
其次，现代汽车散热器主要有两种类型：水冷散热器和气冷散热器。
水冷散热器是通过循环冷却剂来将热量带走的，而气冷散热器则是通过自然或强制对流将热量散发到空气中的。
两者在换热效率和使用成本上有一定的差异。
在实际设计中，根据汽车的特点和使用情况来选择合适的散热器类型。
然后，散热器的材料也是设计中需要考虑的重要因素。
常见的散热器材料有铝合金和铜合金。
铝合金具有优异的导热性和轻质化的优点，但强度相对较低。
铜合金则具有较高的强度，但相对较重。
在材料选择上需要权衡导热性、重量和成本等因素。
此外，散热器的设计还需要考虑流体动力学和气流分析。
通过研究流体力学和气流分析，可以确定散热器内的流动状态和热交换效果，进而优化散热器的结构和形状。
同时，还需要考虑如何将气流引导到散热器中，以提高散热效率。
最后，对于汽车散热器的未来发展，可以从设计材料、换热效率和智能化等方面进行展望。
例如，可以采用新型散热材料，提高散热器的换热效率和轻量化程度。
同时，可以通过智能化设计和优化控制算法，提高散热器的响应速度和稳定性。
综上所述，汽车散热器的设计是一个复杂的工程问题，需要综合考虑多种因素。
通过合理的设计和优化，可以提高散热器的换热效率，减轻汽车发动机的负荷，从而提高汽车的性能和可靠性。
未来的发展方向是继续研究新材料和智能化技术，以提高散热器的性能和效益。
汽车发动机舱散热性能的研究与优化
汽车发动机舱散热性能的研究与优化汽车发动机舱散热性能是一项重要的技术指标，它直接影响着车辆的动力性、可靠性、经济性和舒适性等方面。
散热性能优秀的汽车发动机可以有效地提高发动机的功率输出和燃油效率，同时还可以减轻发动机的负荷和延长汽车寿命。
因此，研究和优化汽车发动机舱的散热性能成为当下汽车产业的重要方向之一。
汽车发动机的散热性能主要体现在两个方面：一是发动机的空气散热，二是发动机冷却液散热。
针对这两个方面，我们可以从以下几个方面进行研究和优化。
一是发动机的空气散热。
发动机空气散热主要是通过风扇、散热片、进气道和排气道等部件来实现的。
其中，散热片的设计、数量和排列方式是关键因素。
通常情况下，散热片的数量越多，热传递效果就越好，但是它也会给风阻带来较大的影响，影响车辆的行驶性能。
因此，在设计散热片的数量和排列方式时，需要考虑到散热效果和车辆行驶性能的平衡。
同时，在选材方面也需要考虑到材料的导热性和耐腐蚀性等因素。
二是发动机冷却液散热。
发动机冷却液散热主要是通过散热器来实现的。
散热器的设计、大小、材料和安装方式等因素都对冷却液的散热效果有着直接影响。
在设计散热器时，需要考虑到车辆的使用环境和工况，并选择适合的散热器尺寸和材料。
同时，在安装散热器时，还需要考虑到散热器与其他部件的协调性和空间限制等因素。
三是发动机舱的通风设备。
优秀的通风设备不仅可以提高发动机的散热效果，还可以减少发动机舱内的温度、湿度和气味等问题。
在设计通风设备之前，需要对发动机舱内的气流情况进行全面的分析，以确保通风设备的位置和数量能够实现最佳的散热效果。
总之，汽车发动机舱散热性能的研究和优化是一项复杂而综合性的工作。
要实现优秀的散热性能，除了上述一些因素外，还需要考虑到发动机工作状态、环境温度和车辆行驶速度等因素。
只有在全面考虑这些因素的情况下，才能真正实现汽车发动机舱散热性能的最优化。
除了上述的散热性能优化，还有一些其他措施可以进一步提高汽车发动机的散热效果。
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厂家 生产 成本 的 目标 。最 后形 成管 带式散 热器 设计 、校 核 、优 化 一体 的设计分 析 。散热 器 的传热与流动阻力计算程序 ，计算结果与实验数据在常规工况范围内基本吻合。运用 图解 的方法分 析 了散热器结 构参数 与材 质对 散热器流 动阻 力与散热性 能的影 响。 关键词 ： 汽车散热器 ；传热 ；风阻 ；电偶保护
百 叶窗 的 管带 式 散 热 器 内 的传 热 与 流 动 阻力 特 性
进 行 了研 究 ，编 制 了汽 车 散 热 器 的 传 热 与 流 动 阻
力 计 算 程 序 ，并 由此 分 析 了散 热 器 进 口水 温 为 ９ ℃，进 口风 温 为 ｏ
ｌ
匐 化
汽车散热器 的优化设计及传热性 能分析 的研究
Ａ ｕ ｏｍ ｏｂｉｅ ｒ ｔ ｌ ａｄｉ ｏｒｓ ｉ ｐｒ ｖ ａｔ ＇ ｍ ｏ ｅｍ ｅｎｔｄｅｓｉ ｇｎ ａｎｄ ｈｅａｔｔ ａｎｓ ｅｒｃａｐ ｒ ｆ ａｂｉｉｙ ａｌ ｚ ｌｔ ａｎ ｙ ｅ
关凤艳
由 图 中可 知 ，理 论 值 与 实 测值 基 本 吻 合 ，最
大相对偏差为 ８ ％，且在高风速区域误差较大。 ． ９
中图分 类号 ：Ｕ ６ ４３ 文献标识码 ：Ｂ 文章编号 ：１ ０ —０ ３ （ ０ １ ７ 下） １ ３ ３ ９ １ ４ ２ １ ） （ 一０４ —０ ０
Ｄｏ： ．９ ９Ｊ Ｉｓ ．０ ９ １ ４ ２ １ ． （ ） ４ ｉ１ ３ ６ｌ ． ｎ １ ０－０ ．０ １ ７ 下 ．０ ０ ／ ｓ ３
用 Ｓ Ｉ ０Ｍ７Ａ 表 面轮 廓度 、粗 糙度 测试 仪 测量 ， Ｕ１ Ｃ ５ 结果 见 表 ２ 。表 中各 符号 的定 义如 表 １ 所示 。
表 １ Ｃ 型汽车散热器结构参 数 ６
散热器 芯子结构尺寸 ： 散热管 散热管 散热带 散热带 散热 结构 芯宽 ×芯高 × 教 目 尺寸 数 目 节距 面积
ＧＵＡＮ Ｆ ｎ — ａ ｅ ｇｙ ｎ
（ 北汽摩有 限公 司 散热器分厂 ，北京 １ １ ０ ） ０ ５０
摘
要 ： 随着科 学技 术和 汽车 工业 的蓬勃 发展 ，对 发动机 散热 器的 性能 的要 求也越 来越 高 ，目前百 叶窗 的管带 式汽 车散热 器得 到普 遍的应 用 ，在保 证散 热器 具有足 够的 散热 性能的 前提 下 ， 体积 小 ，耗材 要 少 ，效 率更 高成 为散热 器发展 的 必然 趋势 ，我公 司是 根据 理论分 析和 在实 际工作 中的 实验数 据及新 材料 的不 断涌 现 ，建立 管带 式散热 器传 热与 阻力预 测模 型。在 满 足传 热和 阻 力的要 求下 ，提 出了散 热器 芯体结 构参 数优 化 的方 案 ，以达 到减 少耗材 和降 低
紧 凑 、高 效 、低 耗 、轻 量 化 方 向 发 展 。但 国 内 一 些 汽 车 散 热 器 生 产 厂 家 在 散 热 器设 计 和 应 用过 程 中 ，对 其 传 热 与 流动 性 能 的计 算 方 面 的 工作 还 比
较 欠 缺 ，主 要 是 通 过 实 验 加 以解 决 。２ Ｃ型 汽 车 Ｊ
０ 引言
汽 车 散 热 器 是 汽 车 冷 却 系统 中不 可 缺 少 的一
基 础 ，也 为 实 施 汽 车 散 热 器 散 热 性 能 改 善 措 施 提
供 了有效 的理论 依 据 。
个 组 成 部 分 ，其 性 能 好 坏 对 发动 机 的 动 力性 、经 济 性 和 可 靠 性 有 很 大 的 影 响 。带 有 百 叶 窗 的 散 热 器 具 有切 断 散 热 带 上 气 体 边 界 层 的 发 展 、减 薄 边 界 层 厚 度 、提 高 散 热 器 性 能 的作 用 。 对 其 内部 的 流 动 结 构 、传 热 与 阻 力 特 性 进 行 了 系 统 的研 究 。
该 理 论 模 型 为 基 础 ，我 们 编 制 了计 算 散 热 器 流 动 阻力 与 传 热 性 能 的计 算 机 程 序 ，并 计 算 了 ２Ｃ型 Ｊ
汽 车 散 热 器 的 散 热 量 与 风 阻。２Ｃ型 汽 车 散 热 器 Ｊ 的 主 要 结构 尺 寸 见 表 １ 散 热 带 上 百 叶 窗 尺 寸 采 。
目前 国 内散 热 器 产 品 中 ，开 百 叶 窗 的 散 热 带 及 管 带 式 散 热 器 产 品所 占 比重 明显 上 升 ，产 品 结 构 向
１ 理 论计算值 与实验值 的比较
关 于 带 百 叶 窗散 热 带 的汽 车散 热 器 的换 热 性
能 和 空气 侧 流 动 阻力 的理 论 分 析 和 计 算 方 法 。 以
２ ２ Ｘ３
４ ６
３０ －
ｌ． ３１ ２
产 品 的 质 量 ，提 出在 尽 量 不 改 变 散 热 器 生 产 的 刀
具 、模 具 ，保 持 原 有 装 配 结 构 尺 寸 的基 础 上 ，使
表２ 百叶窗结构参数
该 散 热 器 的 散 热 能 力提 高 ２ ％ 。为 此 ，我 们 对 带 ０
型 式 芯厚／ ｍｍ ／ ｍｍ ／ ｍｍ ／ ｍ
散热 器 是 一种 铝 塑 制带 百 叶 窗管 带 式汽 车 散热 器 ， 因其 主 要 应 用 在 军 车 上 ，军 工 产 品 的特 殊 性 及 严
格性 ，我 公 司为 了进 一 步 提 高 产 品 的散 热 性 能 及
管带 式 ６ ×３ ６８ ６１ ９． ２×３ ４ ２ ５
３ ０℃，冷 却 水 流 量 分 别 为 ５ ／ ｎ和 ８Ｌｍｉ ， ０Ｌｍｉ ０ ／ ｎ时
质对散热性能 的影 响，提 出了提高 ２Ｃ型汽车散 Ｊ 热器散热能力 的方案 ，为实现散 热器结构设计计 算机程序化 、提高设计的准确性和最优性奠定了
Ｃ 型汽车散热器传热性能计算值和实测值” ６ 的比较。