CN109117493B - 散热器台架热性能数据处理方法 - Google Patents

散热器台架热性能数据处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种散热器台架热性能数据处理方法，通过对散热器芯体进行均匀六面体体网格划分，并对每个体网格建立热平衡方程，进行联立求解线性方程组，得到局部单元热交换系数，这样就把散热器台架热性能数据中的冷侧质量流量、热侧质量流量和散热量转换为冷侧速度、热侧速度和局部单元热交换系数，而后对局部单元热交换系数表中的离散数据进行曲线拟合，生成一个与流经网格单元流速大小有关的连续函数表达式，最终使得该方法的拟合度一般都在0.98以上，即与实际的散热器散热性能特性具有非常高的一致性，因此对散热器台架热性能数据的处理更加精确，且具有适用范围广的优点。

Description

散热器台架热性能数据处理方法
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种散热器台架热性能数据处理方法。
背景技术
汽车中，散热器是对发动机进行散热的部件，台架测试数据是用来表征散热器单体散热性能属性参数。利用这些属性参数作为整车热管理仿真分析中散热器芯体部件的输入数据，就可以计算出发动机水套出口水温，以该水温的大小来判断发动机是否处于正常工作状态。因此，科学合理地处理散热器台架离散热性能数据对仿真计算结果的精度起关键性作用。
针对汽车设计阶段，现有技术中主要通过三维计算流体力学仿真来计算发动机水套出口水温，在对台架离散热性能数据处理时使用的是点点折线插值方法。该方法可以考虑三维流动的非均匀性影响，但无法进行数据外插应用、且无法与散热器实际的散热性能曲线吻合。这种折线线性插值方法的计算精度随着台架离散测试数据点越多越好，可实际台架测试样本量一般为4x4个数据离散点。所以此类处理台架热性能数据的方法存在不够精确的问题。
发明内容
为此，本发的实施例提出一种散热器台架热性能数据处理方法，解决现有技术数据处理不够精确的问题。
一种散热器台架热性能数据处理方法，包括：
对散热器芯体进行均匀六面体网格划分，以建立双流拓扑模型；
对每个网格单元分别建立热平衡方程；
结合散热器芯体的边界条件，对所有的热平衡方程进行联立，求解线性方程组，以得到局部单元热交换系数，并建立局部单元热交换系数表；
对局部单元热交换系数表中的离散数据进行曲线拟合，以获得与流经网格单元流速大小有关的连续函数表达式。
根据本发明提供的散热器台架热性能数据处理方法，对散热器芯体进行均匀六面体体网格划分，并对每个体网格建立热平衡方程，进行联立求解线性方程组，得到局部单元热交换系数，这样就把散热器台架热性能数据中的冷侧质量流量、热侧质量流量和散热量转换为冷侧速度、热侧速度和局部单元热交换系数，而后对局部单元热交换系数表中的离散数据进行曲线拟合，生成一个与流经网格单元流速大小有关的连续函数表达式，最终使得该方法的拟合度一般都在0.98以上，即与实际的散热器散热性能特性具有非常高的一致性，因此对散热器台架热性能数据的处理更加精确，且具有适用范围广的优点。
另外，根据本发明上述的散热器台架热性能数据处理方法，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述对散热器芯体进行均匀六面体网格划分，以建立双流拓扑模型的步骤包括：
对散热器芯体进行均匀六面体网格划分，并复制一份网格，分别定义为冷侧芯体和热侧芯体，并以此建立双流拓扑模型。
进一步地，所述对每个网格单元分别建立热平衡方程，结合散热器芯体的边界条件，对所有的热平衡方程进行联立，求解线性方程组，以得到局部单元热交换系数，并建立局部单元热交换系数表的步骤包括：
步骤2.1，获取散热器台架热性能数据；
步骤2.2，从散热器台架热性能数据中计算总热交换系数、冷侧网格每个单元的质量流量、热侧网格每个单元的质量流量；
步骤2.3，根据总热交换系数定义局部单元热交换系数；
步骤2.4，根据局部单元热交换系数构建散热器芯体每个网格单元的热平衡方程组，并组成方程联立组；
步骤2.5，根据每个网格单元的热平衡方程组中未知量，计算散热器芯体的目标总热交换量；
步骤2.6，计算冷热流体的平均温度差；
步骤2.7，根据冷热流体的平均温度差对局部单元热交换系数进行更新；
步骤2.8，重复步骤2.4至步骤S2.7，直至计算的迭代步数达到用户设定的值，或者收敛判断标准达到用户给定的收敛误差；
步骤2.9，将收敛的局部单元热交换系数、冷流体速度、热流体速度存储到局部单元热交换系数表中，完成局部单元热交换系数表的建立。
进一步地，所述对每个网格单元分别建立热平衡方程，结合散热器芯体的边界条件，对所有的热平衡方程进行联立，求解线性方程组，以得到局部单元热交换系数，并建立局部单元热交换系数表的步骤包括：
步骤2.1，获取散热器台架热性能数据；
步骤2.2，从散热器台架热性能数据中计算总热交换系数、冷侧网格每个单元的质量流量、热侧网格每个单元的质量流量；
UAG＝Q/(Thot-in-Tcold-in)
mc-mesh＝mc/Nc-InFace
mh-mesh＝mh/Nh-InFace
其中，UAG为总热交换系数，Thot-in为散热器台架热性能数据中的热流通入口温度，Tcold-in为散热器台架热性能数据中的冷流通入口温度，Q为散热器台架热性能数据中的散热量，Nc-Inface为冷侧入口面网格数，Nh-Inface为冷侧入口面网格数，mc为散热器台架热性能数据中的冷侧质量流量，mh为散热器台架热性能数据中的热侧质量流量，mc-mesh为冷侧网格每个单元的质量流量，mh-mesh为热冷侧网格每个单元的质量流量；
步骤2.3，根据总热交换系数定义局部单元热交换系数；
UAL＝UAG/N
其中，UAL为局部单元热交换系数，N为散热器芯体六面体网格单元的个数；
步骤2.4，根据局部单元热交换系数构建散热器芯体每个网格单元的热平衡方程组，并组成方程联立组；
mc-mesh.CPc(Tc-Tci)＝UAL(Th-Tc)
mh-mesh.CPh(Thi-Th)＝UAL(Th-Tc)
其中，CPc为散热器台架热性能数据中的冷流体比热容，CPh为散热器台架热性能数据中的热流体比热容，Tci为局部单元冷侧入口处温度，Thi为局部单元热侧入口处温度，Tc为局部单元冷侧未知温度，Th为局部单元热侧未知温度；
步骤2.5，根据每个网格单元的热平衡方程组中未知量，计算散热器芯体的目标总热交换量；
Figure BDA0001702082490000041
其中，Qtarget为目标总热交换量；
步骤2.6，计算冷热流体的平均温度差；
Figure BDA0001702082490000042
其中，
Figure BDA0001702082490000043
为平均温度差；
步骤2.7，根据冷热流体的平均温度差对局部单元热交换系数进行更新；
Figure BDA0001702082490000044
步骤2.8，重复步骤2.4至步骤S2.7，直至计算的迭代步数达到用户设定的值，或者收敛判断标准(Qtarget-Q)/Q<ε达到用户给定ε的收敛误差；
步骤2.9，将收敛的局部单元热交换系数、冷流体速度、热流体速度存储到局部单元热交换系数表中，完成局部单元热交换系数表的建立。
进一步地，所述对局部单元热交换系数表中的离散数据进行曲线拟合的步骤包括：
对局部单元热交换系数表中的离散数据进行最小二乘法拟合，以得到拟合曲线方程以及拟合常数。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施例了解到。
附图说明
本发明实施例的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一实施例的散热器台架热性能数据处理方法的流程图；
图2是对散热器芯体进行均匀六面体网格划分的示意图；
图3是双流拓扑模型示意图；
图4是图1中步骤2的详细流程图；
图5是芯体网格单元参数求解的原理示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明一实施例提出的散热器台架热性能数据处理方法，包括以下步骤：
步骤1，对散热器芯体进行均匀六面体网格划分，以建立双流拓扑模型；
其中，以某散热器芯体为例进行详细说明，请参阅2及图3，具体是对该散热器芯体进行均匀六面体网格划分，并复制一份网格，分别定义为冷侧芯体和热侧芯体，并以此建立双流拓扑模型。
步骤2，对每个网格单元分别建立热平衡方程，结合散热器芯体的边界条件，对所有的热平衡方程进行联立，求解线性方程组，以得到局部单元热交换系数，并建立局部单元热交换系数表；
其中，请参阅图4，步骤2具体包括：
步骤2.1，获取散热器台架热性能数据；
获取的散热器台架热性能数据例如具体如下表：
Figure BDA0001702082490000051
Figure BDA0001702082490000061
步骤2.2，从散热器台架热性能数据中计算总热交换系数、冷侧网格每个单元的质量流量、热侧网格每个单元的质量流量；
UAG＝Q/(Thot-in-Tcold-in)
mc-mesh＝mc/Nc-InFace
mh-mesh＝mh/Nh-InFace
其中，UAG为总热交换系数，Thot-in为散热器台架热性能数据中的热流通入口温度，Tcold-in为散热器台架热性能数据中的冷流通入口温度，Q为散热器台架热性能数据中的散热量，Nc-Inface为冷侧入口面网格数，Nh-Inface为冷侧入口面网格数，mc为散热器台架热性能数据中的冷侧质量流量，mh为散热器台架热性能数据中的热侧质量流量，mc-mesh为冷侧网格每个单元的质量流量，mh-mesh为热冷侧网格每个单元的质量流量；
步骤2.3，根据总热交换系数定义局部单元热交换系数；
UAL＝UAG/N
其中，UAL为局部单元热交换系数，N为散热器芯体六面体网格单元的个数；
步骤2.4，根据局部单元热交换系数构建散热器芯体每个网格单元的热平衡方程组，并组成方程联立组；
mc-mesh.CPc(Tc-Tci)＝UAL(Th-Tc)
mh-mesh.CPh(Thi-Th)＝UAL(Th-Tc)
其中，CPc为散热器台架热性能数据中的冷流体比热容，CPh为散热器台架热性能数据中的热流体比热容，Tci为局部单元冷侧入口处温度，Thi为局部单元热侧入口处温度，Tc为局部单元冷侧未知温度，Th为局部单元热侧未知温度，芯体网格单元的参数求解原理示意图可参阅图5。
一一列出芯体中所有网格单元的方程后，组成方程联立组，并应用两个入口面上指定的边界温度Tcold-in、Thot-in，求解出每个网格单元的未知量Tc和Th。
步骤2.5，根据每个网格单元的热平衡方程组中未知量，计算散热器芯体的目标总热交换量；
Figure BDA0001702082490000071
其中，Qtarget为目标总热交换量；
步骤2.6，计算冷热流体的平均温度差；
Figure BDA0001702082490000072
其中，
Figure BDA0001702082490000073
为平均温度差；
步骤2.7，根据冷热流体的平均温度差对局部单元热交换系数进行更新；
Figure BDA0001702082490000081
步骤2.8，重复步骤2.4至步骤S2.7，直至计算的迭代步数达到用户设定的值，或者收敛判断标准(Qtarget-Q)/Q<ε达到用户给定ε的收敛误差；
步骤2.9，将收敛的局部单元热交换系数、冷流体速度、热流体速度存储到局部单元热交换系数表中，完成局部单元热交换系数表的建立；
其中，冷流体速度Vc＝mc/(ρcAc)、热流体速度Vh＝mh/(ρhAh)，这里Ac、Ac是芯体冷、热流体入口边界面积，建立的局部单元热交换系数表(UAL表)具体如下：
V<sub>c</sub>(m/s) V<sub>h</sub>(m/s) UAL(w/k)
2.00000097 0.077160197 0.004505911
2.00000097 0.108024989 0.004779861
2.00000097 0.138888889 0.004957853
2.00000097 0.185185185 0.005133812
4.000000193 0.077160197 0.005334299
4.000000193 0.108024989 0.0057216
4.000000193 0.138888889 0.005978617
4.000000193 0.185185185 0.006235915
6.00000029 0.077160197 0.005723473
6.00000029 0.108024989 0.006172692
6.00000029 0.138888889 0.00647305
6.00000029 0.185185185 0.006775264
8.000000386 0.077160197 0.005954366
8.000000386 0.108024989 0.006441783
8.000000386 0.138888889 0.00676893
8.000000386 0.185185185 0.007280611
步骤3，对局部单元热交换系数表中的离散数据进行曲线拟合，以获得与流经网格单元流速大小有关的连续函数表达式。
其中，具体为对局部单元热交换系数表中的离散数据进行最小二乘法拟合，以得到拟合曲线方程以及拟合常数，
具体在本实施例中，得到的拟合曲线方程为：
Figure BDA0001702082490000091
其中，c0、c1、c2为拟合常数，具体的，c0＝85.701，c1＝141.774，c2＝7.119，曲线拟合度为0.998。
根据本发明实施例的散热器台架热性能数据处理方法，对散热器芯体进行均匀六面体体网格划分，并对每个体网格建立热平衡方程，进行联立求解线性方程组，得到局部单元热交换系数，这样就把散热器台架热性能数据中的冷侧质量流量、热侧质量流量和散热量转换为冷侧速度、热侧速度和局部单元热交换系数，而后对局部单元热交换系数表中的离散数据进行曲线拟合，生成一个与流经网格单元流速大小有关的连续函数表达式，最终使得该方法的拟合度一般都在0.98以上，即与实际的散热器散热性能特性具有非常高的一致性，因此对散热器台架热性能数据的处理更加精确，且具有适用范围广的优点。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种散热器台架热性能数据处理方法，其特征在于，包括：
对散热器芯体进行均匀六面体网格划分，以建立双流拓扑模型；
对每个网格单元分别建立热平衡方程，结合散热器芯体的边界条件，对所有的热平衡方程进行联立，求解线性方程组，以得到局部单元热交换系数，并建立局部单元热交换系数表；
对局部单元热交换系数表中的离散数据进行曲线拟合，以获得与流经网格单元流速大小有关的连续函数表达式；
其中，所述对散热器芯体进行均匀六面体网格划分，以建立双流拓扑模型的步骤包括：
对散热器芯体进行均匀六面体网格划分，并复制一份网格，分别定义为冷侧芯体和热侧芯体，并以此建立双流拓扑模型。
2.根据权利要求1所述的散热器台架热性能数据处理方法，其特征在于，所述对每个网格单元分别建立热平衡方程，结合散热器芯体的边界条件，对所有的热平衡方程进行联立，求解线性方程组，以得到局部单元热交换系数，并建立局部单元热交换系数表的步骤包括：
步骤2.1，获取散热器台架热性能数据；
步骤2.2，从散热器台架热性能数据中计算总热交换系数、冷侧网格每个单元的质量流量、热侧网格每个单元的质量流量；
步骤2.3，根据总热交换系数定义局部单元热交换系数；
步骤2.4，根据局部单元热交换系数构建散热器芯体每个网格单元的热平衡方程组，并组成方程联立组；
步骤2.5，根据每个网格单元的热平衡方程组中未知量，计算散热器芯体的目标总热交换量；
步骤2.6，计算冷热流体的平均温度差；
步骤2.7，根据冷热流体的平均温度差对局部单元热交换系数进行更新；
步骤2.8，重复步骤2.4至步骤S2.7，直至计算的迭代步数达到用户设定的值，或者收敛判断标准达到用户给定的收敛误差；
步骤2.9，将收敛的局部单元热交换系数、冷流体速度、热流体速度存储到局部单元热交换系数表中，完成局部单元热交换系数表的建立。
3.根据权利要求2所述的散热器台架热性能数据处理方法，其特征在于，所述对每个网格单元分别建立热平衡方程，结合散热器芯体的边界条件，对所有的热平衡方程进行联立，求解线性方程组，以得到局部单元热交换系数，并建立局部单元热交换系数表的步骤包括：
步骤2.1，获取散热器台架热性能数据；
步骤2.2，从散热器台架热性能数据中计算总热交换系数、冷侧网格每个单元的质量流量、热侧网格每个单元的质量流量；
UAG=Q/(T hot-in -T cold-in )
m c-mesh =m c /N c-InFace
m h-mesh =m h /N h-InFace
其中，UAG为总热交换系数，T hot-in 为散热器台架热性能数据中的热流通入口温度，T cold-in 为散热器台架热性能数据中的冷流通入口温度，Q为散热器台架热性能数据中的散热量，N c-Inface 为冷侧入口面网格数，N h-Inface 为冷侧入口面网格数，m c 为散热器台架热性能数据中的冷侧质量流量，m h 为散热器台架热性能数据中的热侧质量流量，m c-mesh 为冷侧网格每个单元的质量流量，m h-mesh 为热冷侧网格每个单元的质量流量；
步骤2.3，根据总热交换系数定义局部单元热交换系数；
UAL=UAG/N
其中，UAL为局部单元热交换系数，N为散热器芯体六面体网格单元的个数；
步骤2.4，根据局部单元热交换系数构建散热器芯体每个网格单元的热平衡方程组，并组成方程联立组；
m c-meshCPc (T c -T ci )=UAL(T h -T c )
m h-mesh CP h (T hi -T h )=UAL(T h -T c )
其中，CP c 为散热器台架热性能数据中的冷流体比热容，CP h 为散热器台架热性能数据中的热流体比热容，T ci 为局部单元冷侧入口处温度，T hi 为局部单元热侧入口处温度，T c 为局部单元冷侧未知温度，T h 为局部单元热侧未知温度；
步骤2.5，根据每个网格单元的热平衡方程组中未知量，计算散热器芯体的目标总热交换量；
Figure 358700DEST_PATH_IMAGE001
其中，Q target 为目标总热交换量；
步骤2.6，计算冷热流体的平均温度差；
Figure 641914DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 198797DEST_PATH_IMAGE003
为平均温度差；
步骤2.7，根据冷热流体的平均温度差对局部单元热交换系数进行更新；
Figure 934672DEST_PATH_IMAGE004
；
步骤2.8，重复步骤2.4至步骤S2.7，直至计算的迭代步数达到用户设定的值，或者收敛判断标准
Figure 602414DEST_PATH_IMAGE005
达到用户给定
Figure 5713DEST_PATH_IMAGE006
的收敛误差；
步骤2.9，将收敛的局部单元热交换系数、冷流体速度、热流体速度存储到局部单元热交换系数表中，完成局部单元热交换系数表的建立。
4.根据权利要求2所述的散热器台架热性能数据处理方法，其特征在于，所述对局部单元热交换系数表中的离散数据进行曲线拟合的步骤包括：
对局部单元热交换系数表中的离散数据进行最小二乘法拟合，以得到拟合曲线方程以及拟合常数。
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