散热器的性能研究及优化设计

冷凝器的性能优化设计研究

作者：徐智雄 张丽英

来源：《时代汽车》 2018年第9期

摘要：在汽车行业节能减排的发展趋势下，提高能效比的设计势在必行。在同等的散热面积的情况下，利用Dymola性能模拟软件对不同流程分布的冷凝器进行模拟计算和样件实际实验结果的数据对比，得出最佳的流程选择和结构设计，达到提高冷凝器的散热性能，增加充注平台的长度和增加冷凝器的回油率（减少冷凝器的油残留量）。

关键词：流程分布；充注平台长度；回油率，油残留量

1引言

在目前市场上大部分乘用车空调系统中，对制冷系统起着关键决定作用的热交换器就是风冷式冷凝器。凤冷式冷凝器一般放置在汽车前端模块的最前端，发动机散热器的前面。其热交换的性能直接影响到制冷系统的制冷能力，压缩机的能耗以及整个空调的能效。冷凝器的作用就是对从汽车压缩机排出的高温高压的气态制冷剂进行散热降温，使之凝结成液态的高压制冷剂排出。其中储液干燥瓶使得进入干燥瓶的汽液两相的制冷剂进行汽液分离和干燥过滤，再通过冷凝器的过冷区的散热降温进一步过冷，使制冷剂变成100%液体离开冷凝器。本研究主要是基于热行为理论和流体力学的实验数据为基础，对冷凝器在不同流程设计（2流程和4流程）的对比，用Dymola仿真软件模拟分析对散热性能的影响，进行评估和分析各自的优缺点。还通过两种流程设计的逆流式冷凝器样品的实际实验对比，得出在不同流程下对回油率和充注平台的长度的最佳设计方案（所有实验和模拟都是使用R-134a制冷剂进行）。

2冷凝器的设计现状

冷凝器主要分为三个区域，如下图1所示，过热区，冷凝区和过冷区。在目前的汽车行业，接头在同侧的情况中，流程设计主要分为2流程和4流程两种。对于2流程的冷凝器，第一流程为过热区和冷凝区，第二流程为过冷区。对于4流程的冷凝器，第一流程为过热区，第二和第三流程为冷凝区，第四流程为过冷区。2流程和4流程的设计目的都是为了将进入前的冷媒进行充分换热，从气态变成汽液态，再经过干燥和汽液分离，最后在过冷区进一步散热，从出口排出。

ｌ　匐　化　

汽车散热器的优化设计及传热性能分析的研究　

Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ｒａｄｉａｔｏｒ＇ｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｈｅａｔ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ａｎａｌｙｚｅ　

关凤艳　

ＧＵＡＮ　Ｆｅｎｇ—ｙａｎ　（北汽摩有限公司散热器分厂，北京１０１５００）　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　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　中图分类号：Ｕ４６３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１　００９—０１　３４（２０１１）７（下）一０１４３—０３　Ｄｏｉ：１　０．３９６９ｌ／Ｊ．Ｉｓｓｎ．１　００９－０１　３４．２０１１．７（下）．４０　

０引言　

汽车散热器是汽车冷却系统中不可缺少的一　

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。　

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　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　

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翅片散热器和针形散热器性能对比研究

作者：张海娟 王霞 卢晨燕 邹勇

来源：《河南科技》2018年第25期

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摘 要：本文利用Fluent对翅片散热器和针形散热器的散热性能进行了模拟。结果表明：对平行翅片散热器，增大基板尺寸可以增大散热面积，但同时散热器的体积增加，从而使成本增加;针形翅片散热器相对于平行翅片散热器有更高的散热效率，热阻更低。

关键词：平行翅片散热器;针形翅片散热器;优化

中图分类号：TK172 文献标识码：A 文章編号：1003-5168（2018）25-0060-03

散热器的散热性能与其和空气的接触面积有关，又考虑到材料成本，所以在工业生产中一般采用翅片散热器，其中最常见的是铝及其合金或者铜材料制作的翅片散热器。翅片散热器的散热性能与翅片的高度、宽度、厚度等参数都有密切的关系[1，2]。

本文运用数值模拟的方法对平行翅片散热器及针形翅片散热器的散热特性进行研究，并对平行翅片散热器的翅片进行优化设计，为散热器的实际应用提供参考。

3 结果与分析

3.1 基板尺寸对LED芯片散热的影响

设计了9种不同尺寸的基板，基板规格分别为：7mm×7mm×1mm、11mm×11mm×1mm、13mm×13mm×1mm、15mm×15mm×1mm、17mm×17mm×1mm、19mm×19mm×1mm、21mm×21mm×1mm、23mm×23mm×1mm、25mm×25mm×1mm，散热翅片均采用厚度为1mm，间隔1mm，高度5mm的平行翅片组。对应翅片数目分别为4、6—13。

仿真显示，翅片数为4的模型的最高温度达到449K，超过了LED的正常工作温度，实际生产生活中不宜采用此种散热器。除该模型外，其他散热器均能满足散热需求，并且随着散热面积的增加，芯片的结温随之降低，散热面积与结温的乘积近似为固定值，这与理论结果一致。

关于风冷散热器的性能研究专题

（都是分析风冷散热器）

主要是分析散热器的哪些构造影响散热性能，涉及到底座、热管、鳍片、风扇、工艺、大小和形状。

散热器主要功能是：把cpu表面的热快速传递到鳍片，再散发到空气中，起到降温的作用。从降温效率角度，

涉及到以下几个方面：

（1）cpu表面温度-->热管上端温度，温差越小传热速度越快；

（2）热管温度-->鳍片温度，温差越小传热速度越快；

（3）鳍片温度-->空气温度，温差越大传热速度越快，鳍片面积越大散热越快。

所以，选择、安装或制造散热器，在不考虑大小、重量和成本的理想前提下，： （1）尽量使cpu表面热量快速到达热管上端。

这需要底座平整如镜：

或使热管直接接触cpu表面：

或采用铜底座： 安装时不要过分挤压两端，导致底座拱起变形，不能与cpu表面完全吻合；

导热硅脂要均匀涂抹。

热管热量要快速到达鳍片：

可采用增加热管数目，采用较粗热管等办法。 （2）尽快使热管上的热量到达鳍片，并分布到鳍片的所有表面上。

--好的工艺使鳍片紧扣热管，不留间隙，尽快导出热管上的热量。

--采用导热更好的材料做鳍片，让热量快速分布到整个表面。目前基本都是铝质鳍片，少量铜质鳍片。

--合理排列热管位置，让导热更有效。 （3）尽快把鳍片上的热量导入空气中。

保持适当风速。风速太低太高都不行，低了导热不够快，高了...摩擦生热，还有噪音。

尽量增大鳍片面积。越大越好。 保持机箱风道通畅，使空气保持低温。

利用工艺改变鳍片形状，使空气流动效率更高，如图所示：

下面分类详谈。

先谈谈热管，到底几根热管够用？是否越多越粗越好？

一般都是6mm粗的热管，粗的有8mm的，如果热管数量多，底座挤满了。对高发热量（如125W）的

cpu来说，1根2根的是少了点，3根可能刚好足够，4根比3根有提高是肯定的，但随着根数的增加，从热

管传热角度看，效率提升会越来越少。所以中低端散热器基本是3根4根。