管带式散热器热力性能的模拟

                                 (内蒙古工业大学，内蒙古 呼和浩特 010051)
摘 要：本文介绍了以散热器传热及阻力特性的数学模型为基础，在LabVIEW软件环境中对管带式汽车散热器动态热力特性进行模拟研究和分析的过程，结果表明，预测值与实验值相吻合。这一方法可以方便的代替对换热器的实际性能测量。其模拟的结果对散热器的设计、改进或配套有参考意义。
关键词：散热器；热力特性；模拟；LABVIEW
中图分类号：U463.22⁺1.6  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2008)03—0053—02
      汽车工业是国民经济发展的支柱产业之一，发展速度较快，而汽车发动机对散热器的需求量也在增长。目前汽车发动机散热器采用紧凑式散热芯子，但由于紧凑式换热器的结构比较复杂，其传热及阻力特性一般由试验测定。本文应用一种图形化的语言LabVIEW (程序)，对管带式散热器的热力性能进行模拟计算，减少了检测时间，加快了散热器的设计周期。
1 模型的建立
      对于管带式散热器许多学者已经作了充分的研究，但基于LabVIEW的模拟研究尚少。本文对文献中管带式的散热器的传热及阻力特性关联式进行分析研究，选择其性能特征模型。
1.1 热量计算

式中：Q——传热量；
F——传热面，m²；
M——质量流量[kg/s；
C_p——定压比热J/(kg•℃)；
Δt_m——两种流体之间的平均温差；
K——整个传热面的平均传热系数,W/(m²•℃)；
t_w1、t_w2——热流体（水）的进口和出口温度；
t_a1、t_a2——冷流体的（空气）的进口和出口温度；
α₁、α₂——分别为水侧和空气侧的对流换热系数；
t_bw、t_ba——分别为水侧和空气侧的壁面温度；
t_h、t_c——分别为水流和空气流的进出口平均温度；
A₁、A₂——分别为（单管）水侧和空气侧的传热面积；
A′_1——表示（单管）水管壁的扁平部分的面积；
A_m——表示（单管）水管壁的圆弧部分的对数平均面积；
A₁、A_Π——分别为（单管）空气侧的光壁部分和翅片部分的面积；
λ_w——水管壁的导热系数；
λ′——水管壁上焊锡的导热系数；
τ——水管壁厚；
δ＇——焊锡的厚度；
η_f——翅片效率。
1.2 换热系数的确定

式中：λ——为管壁的导热系数；
De——管的当量直径；
Nu——流体的怒谢尔数。
1.2.1 管内水的怒谢尔数。管内湍流换热关联式采用迪图斯—贝尔特公式〔5〕：

式中：N_uw——水的雷诺数；
P_rw——水的普朗特数。
1.2.2 管外空气的怒谢尔数：

式中：j——colbum因子；
l_f——翅片长度；
D_n——翅片当量直径；
t_f——翅片厚度；
R_ea——空气的雷诺数；
P_ra——空气的普朗特数。
1.3 阻力的计算
1.3.1 水侧阻力：



式中：ρ_w——水密度[WTBZ]kg/m³；
u——水流速m/s；
f_w——摩擦阻力系数；
L——水管长度；
d——水管直径。
f_w可用以下公式计算：〔1〕 
f_w=0.3146R^－0.25_ew

式中：u——管内平均流速m/s；
ε——局部阻力系数。 
1.3.2 气侧阻力：


式中：ρ₁，ρ₂——空气进出口密度；
ρ——空气平均密度；
σ——最小自由流通面积与来流迎面面积之比；
K_c，K_e——气侧芯子压力损失系数；
f_a——芯部表面的范宁摩擦系数；
f_a=1.136(l_f／D_n)^－0.781(t_f／D_n)^0.534R^－0.198_ea

管排的端板尺寸L₂×L₃；垂直流向方向的管排长度是L₂；非流动方向长度是L₃；以上参数的单位是m；Nf表示每单位长度的翅片数目，个/m。
2 模拟值与实验值的比较
      为了检验模拟结果的准确性，将实验值与仿真预算值进行了比较。表1中列出的是波形纹式管带散热器芯子的结构参数。图1、2和图3中最大偏差依次为1.5%，3.9%，5.8%可知预算值
与实验值基本一致，数值比较吻合。


3 结论
      模拟值与实验值比较吻合，最大偏差没有超过10%，达到了标

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