基于多孔介质方法的汽车散热器三维计算.doc

基于多孔介质方法的汽车散热器三维计算 [摘要]本文应用CFD软件Fluent对不同空气进口速度下的汽车百叶窗式散热器局部翅片模型进行三维模拟计算，获得多孔介质模型代替真实翅片计算时所需的分布阻力系数，并验证了这种方法的正确性。最后用多孔介质模型代替真实翅片计算整体散热器的三维流场和温度场，研究不同翅片开窗角度及翅片间距对整体散热器性能的传热影响。计算结果表明，随着翅片开窗角度的变大，冷却液出口温度有所上升，并在开窗角度26°时冷却液出口温度为极小值；空气出口温度情况与之刚好相反。翅片间距1.4mm的模型散热效果均比1mm模型的散热效果好。 Three dimensional simulation of automotive radiator based on porous media method [Abstract]The fin model of automotive louver-radiator was simulated in different air inlet velocities using CFD software Fluent. In this way the distribution resistance parameters of porous media was obtained. And the validity of this method was proved in this paper. The whole radiator was simulated using the porous media model as a substitution of the real fin. The results show that the temperature of the coolant outlet gets higher when the angle of louver-fin gets bigger, and the temperature is minimal when the angle is 26 degree. The temperature of the air outlet is just on the contrary. The model whose fin separation is 1.4mm has a better heat dissipation effect than the one whose separation is 1mm. Keywords: radiator, porous media, two-phase flow, thermal-solid coupling, fin type 前言 汽车发动机散热问题对发动机的功率、寿命、经济性及排放性具有非常重要的影响。传统的散热器设计方法周期长、成本高，无法适应现代化开发流程。三维数值模拟方法可以大大缩短开发周期、降低研发成本，并且可以观测到诸多实验无法测量的数据，目前是实验研究的一个重要补充。因此，散热器三维数值计算方法研究有着重要的实际意义和工程应用价值。 国内外对散热器三维模拟计算做了大量基础性研究，主要都是研究局部翅片模型的传热性能。这一类文献通常建立真实的局部翅片模型，研究不同翅片开窗角度及翅片间距在不同雷诺数空气流量下的传热性能[1-3]。这种方法无法分析整体散热器的流动与传热性能；而由于散热器中存在大量翅片结构，生成的计算网格数量巨大，这种方法在应用到整体散热器时，其计算量无法承受。Patankar和Spalding提出了用多孔介质模型对散热器内流动进行模拟。通过分布阻力系数把流体流过芯体的流动当作多孔介质中的流动来处理，这成为目前整体散热器研究中，最常用的一种方法[4]。文献[5-6]分别对油冷器和散热器进行了三维数值模拟，散热器芯部当作多孔介质处理，获得了整体模型的传热性能。但上述文献均只计算了一种分布阻力系数下的情况，没有分析不同翅片开窗角度和间距对整体散热器传热性能的影响。 本文应用商用CFD软件Fluent对汽车百叶窗式散热器进行三维模拟计算。通过计算不同空气进口速度下的局部翅片模型，获得多孔介质模型代替真实翅片计算时所需的分布阻力系数；并验证这种方法的正确性。最后用多孔介质模型代替真实翅片计算整体散热器的三维流场和温度场，研究不同翅片开窗角度及翅片间距对整体散热器传热性能的影响。 1 1.1 控制方程组 采用三维不可压N-S方程处理散热器内部的对流换热及热传导问题。控制方程组包括连续方程、动量方程和能量方程。 连续方程： (1) 动量方程： (2) 能量方程：