CN111928685A - 散热器散热性能优化方法、散热器及工程机械 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种散热器散热性能优化方法、散热器及工程机械，涉及散热器领域，包括：分割步骤，将散热器芯体的迎风面划分为至少两个区域；测试步骤，将影响散热器的散热功率的因素划分为流向迎风面的散热气流的风速、翅片间距以及其余因素，控制其余因素不变，获得风速、翅片间距与散热功率的关系，以获得不同风速下对应的最佳的翅片间距；设计步骤，将散热器设置于具有与测试步骤相同的其余因素的工作环境，在区域的设置风速测点，对散热器施加由工作环境产生的散热气流，针对每个区域，在风速测点测量以获得风速值，针对每个区域的风速值，确定对应的区域的最佳翅片间距，以获得优化后的散热器。前述方法，确保散热器具有更好的散热性能。

Description

散热器散热性能优化方法、散热器及工程机械

技术领域

本申请涉及散热器领域，尤其是涉及一种散热器散热性能优化方法、散热器及工程机械。

背景技术

散热机构例如水散热器作为冷却系统的核心部件，其性能直接影响柴油发动机的正常运行。工程机械用散热器普遍由两个冷却水室与水室之间的冷却水道组成，每两个相邻的水道之间布置散热器翅片，所有水道与翅片共同形成了散热器芯体。发动机正常工作时，在发动机水泵的驱动下冷却液可以从发动机出口经过胶管进入散热器的一个水室，经过冷却水道冷却后进入另一个水室，再回到发动机内部，风扇制造的风吹向散热器的迎风面，从散热器的背风面流出，使得风从翅片之间的间隙和相邻的水道之间经过，带走冷却液中的热量。

现行的设计散热器的过程中，一般默认散热器的迎风面风速均匀以及散热器各个位置散热能力相差不大，根据这样的理念所设计的散热器翅片间距等参数都是相等的，即相当于散热器芯体中的翅片均是均匀布置的，但这样的设置方式并不能发挥出散热器的最大性能。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种散热器散热性能优化方法、散热器及挖掘机，目的在于，优化现有设计方法，提高散热器的散热性能。

第一方面，本申请提供一种散热器散热性能优化方法，用于对散热器的散热性能进行优化，所述散热器包括散热器芯体，所述散热器芯体包括面对散热气流的迎风面，所述散热器芯体还包括沿着所述第一预定方向间隔设置的多条冷却路径，每两个相邻的冷却路径之间设置有多个翅片构件，每两个相邻的翅片构件之间形成有翅片间距；

所述散热器散热性能优化方法包括：

分割步骤，将所述散热器芯体的迎风面划分为至少两个区域；

测试步骤，将影响所述散热器的散热功率的因素划分为流向所述迎风面的散热气流的风速、所述翅片间距以及其余因素，控制所述其余因素不变，获得所述风速、所述翅片间距与所述散热功率的关系，以获得不同所述风速下对应的最佳的所述翅片间距；

设计步骤，将所述散热器设置于工作环境中，所述工作环境具有与所述测试步骤相同的所述其余因素，在所述区域的设置风速测点，对所述散热器施加由所述工作环境产生的散热气流，针对每个所述区域，在所述风速测点测量以获得风速值，针对每个所述区域的所述风速值，确定对应的所述区域的最佳翅片间距，以获得优化后的散热器。

优选地，在所述分割步骤中，所述散热器芯体被划分为多个单元区域。

优选地，所述冷却路径沿着第二预定方向延伸，在所述分割步骤中，所述单元区域以如下的分割方式获得：

将所述散热器芯体沿着所述第一预定方向划分成多个条形区域，针对每个所述条形区域沿着所述第二预定方向划分成多个单元区域。

优选地，设置于每两个相邻的冷却路径之间的多个所述翅片构件被定义为一组翅片构件；

所述条形区域包括p条冷却路径，p为整数，且p大于或者等于1，且所述条形区域包括q组翅片构件，q为整数，且q大于或者等于1。

优选地，当沿着所述散热气流的流向所述散热器的方向观察所述单元区域时，所述风速测点位于所述单元区域的几何中心处。

优选地，在所述测试步骤中，所述风速、所述翅片间距与所述散热功率的关系以如下方式获得：

首先测试以获得所述风速为预定值时的不同所述翅片间距所对应的所述散热功率，进而拟合预定的所述风速下所述翅片间距与所述散热功率的曲线，以获得所述风速为预定值时的最佳翅片间距；

随后改变所述风速的预定值，获取不同的所述风速下的所述翅片间距与所述散热功率的曲线，以获得不同的所述风速下所述散热器翅片的最佳间距。

优选地，在所述测试步骤中，利用流场仿真手段获得所述风速、所述散热器的结构布置与所述散热功率的关系；

在所述设计步骤中，所述工作环境形成为所述散热器安装于工程机械的状态下所处的环境，所述散热气流由所述工程机械提供。

优选地，所述风速值经过如下手段获取：

在所述风速测点多次测量以获得多个测量值，将多个所述测量值求取平均值。

第二方面，本申请提供一种散热器，所述散热器利用如上所述的散热器散热性能优化方法获得。

第三方面，本申请提供一种工程机械，包括如上所述的散热器。

本申请提供的散热器散热性能的优化方法，将散热器芯体的迎风面所划分出至少两个区域并获得风速、翅片间距与散热功率的关系，进而获得至少两个区域的风速值来获得风速分布情况，并进一步按照风速分布情况获得对应每个区域的设置最佳的翅片间距，从而确保获得的散热器相对于现有设计方法设计的散热器具有更好的散热性能。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了散热器的主视图的示意图；

图2示出了图1中A处的放大图的示意图；

图3示出了在图1的散热器的主视图的基础上划分出的条形区域的示意图；

图4示出了在图3的条形区域的基础上划分出的单元区域的示意图。

附图标记：

1-上水室；2-散热器芯体；3-下水室；4-冷却水道；5-翅片；6-条形区域；7-单元区域。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

本实施例提供的散热器散热性能优化方法，以下将结合图1至图4详细描述这种方法的操作过程。

本实施例提供的散热器散热性能优化方法，用于对散热器的散热性能进行优化。如图1所示，图1示意性地给出了散热器的结构的主视图的示意图，这里的散热器可以形成为水散热器，所称的“水散热器”实际上是一种本领域内的惯用名称，并非限定其内部流通的参与换热的介质仅为水，正如在本申请背景技术部分所提到的，参与换热的介质也可以是冷却液。为了便于描述，以下将以水作为换热介质为例进行说明。

仍然参见图1，散热器包括位于上方的上水室1，以及位于下方的下水室3，在上水室1和下水室3之间设置有散热器芯体2。结合图1和图2，散热器芯体2包括沿着图1中竖直方向延伸的多条间隔布置的冷却路径，冷却路径可以形成为冷却水道4，对于任一条冷却水道4而言，其上端与上水室1连通，下端与下水室3连通，冷却水自上水室1能够经由冷却水道4流入到下水室3。进一步地，在每两条相邻的冷却水道4之间，可以设置有多个沿着竖直方向间隔布置的翅片5。当散热器位于其工作环境中，例如安装在工程机械(例如挖掘机)时，挖掘机内的散热风扇会对散热器施加沿着垂直于图1中纸面方向的散热气流，这些散热气流经过相邻的冷却水道4之间的间隙以及相邻的翅片5间的间隙，将冷却水中的热量带走，起到散热的目的。

在此基础上，散热器芯体2面对散热气流的一侧可以被定义为迎风面，例如图1中所示出的这一侧即可以为迎风面。由此，散热器散热性能优化方法包括：

分割步骤，将散热器芯体2的迎风面划分为至少两个区域；

测试步骤，将影响散热器的散热功率的因素划分为流向迎风面的散热气流的风速、翅片间距以及其余因素，控制其余因素不变，获得风速、翅片间距与散热功率的关系，以获得不同风速下对应的最佳的翅片间距；

设计步骤，将散热器设置于工作环境中，工作环境具有与测试步骤相同的其余因素，在区域的设置风速测点，对散热器施加由工作环境产生的散热气流，针对每个区域，在风速测点测量以获得风速值，针对每个区域的风速值，确定对应的区域的最佳翅片间距，以获得优化后的散热器。

需要说明的是，以上描述中所提到的“其余因素”，可以理解为为了确保以上操作步骤中的控制变量思路的实现，而需要固定不变的影响散热功率的干扰因素。此外，以上所提及的“最佳”的含义是指，在一个给定风速下，以上翅片间距的变化会引起散热功率的变化，而散热功率最大的情况，所对应的翅片间距即为最佳。

进一步地，如图3和图4所示，在分割步骤中，将散热器芯体2沿着竖直方向划分成多个条形区域6，针对每个条形区域6沿着水平方向划分成多个单元区域7，即例如图1中所示的散热器芯体2，其迎风面可以形成为矩形形状，矩形形状的迎风面的长边方向可以沿着水平方向延伸，宽边方向可以沿着竖直方向延伸。因此前述的分割方式实际上就可以理解为，沿着水平方向将迎风面划分成M个条形区域6，再将每个条形区域6均划分成N个单元区域7，即相当于将迎风面划分为M×N个单元区域7(M和N均为整数，M大于或者等于1且N大于或者等于1)，由此有利于对散热器芯体2的散热能力进行进一步的细致优化，进而获得更高散热性能的散热器。

作为一种有利的选择，条形区域6可以包括p条冷却水道4，p为整数，且p大于或者等于1。也就是说，条形区域6内包括的是完整的冷却水道4，一定程度上有利于确保后续的测试步骤所获得的结果准确。在实施例中，两条相邻的冷却水道4之间的翅片5设置的翅片5可以被定义为一组翅片5，由此类似的，条形区域6也可以包括q组翅片5，q为整数，且q大于或者等于1，即条形区域6内包括的同样是完整的翅片5，这同样有利于确保后续的测试步骤所获得的结果准确。由此，作为一种示例，图3中给出了包括一条冷却水道4和一组翅片5的条形区域6。

在实施例中，当沿着散热气流的流向散热器的方向观察单元区域7时，风速测点可以位于单元区域7的几何中心处，如此获得的风速具有较好的代表性，有利于确保测量的准确。风速的测量可以采用风速仪，例如热线风速仪、转子风速仪以及压差风速仪。风速值可以经过多次测试例如3次测试而取平均值获得，有利于减小误差。

此外，获得不同的风速下散热器的翅片5的最佳间距的过程可以是如下所描述的方式。即在测试步骤中，在控制其余因素不变的情况下：首先测试以获得预定风速下的不同翅片间距所对应的散热功率，进而拟合预定风速下翅片间距与散热功率的曲线，以获得预定风速下的最佳翅片间距；随后改变风速的预定值，获取不同风速下的翅片间距与散热功率的曲线，以获得不同风速下散热器翅片5的最佳间距。按照这样的操作过程，风速、翅片间距和散热功率三个量之间的关系能够有梯度被获取，使得测试步骤中所得到的数据较为便捷地在对应的阶段进行分析整理。而作为另一种选择，在测试步骤中，可以利用流场仿真手段直接获得风速、散热器的结构布置与散热功率的关系，相对于前述方式，流场仿真更为直观。

根据以上所描述的特征，本实施例中的散热器散热性能的优化方法，能够针对散热器芯体2的多个单元区域7获取它们在散热器工作时的迎风面一侧的风速，进而据此获得散热器芯体2的风速分布情况，并进一步按照风速设置最佳的翅片间距，从而确保获得的散热器相对于现有设计方法设计的散热器具有更好的散热性能。

本实施例还提供一种散热器，散热器利用如上的散热器散热性能优化方法获得。并还提供一种工程机械例如上述挖掘机，挖掘机可以包括前述的散热器。散热器和挖掘机均具备以上提及的有益效果，在此不再赘述。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的保护范围，凡是在本申请的创新构思下，利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种散热器散热性能优化方法，用于对散热器的散热性能进行优化，所述散热器包括散热器芯体，所述散热器芯体包括面对散热气流的迎风面，所述散热器芯体还包括沿着第一预定方向间隔设置的多条冷却路径，每两个相邻的冷却路径之间设置有多个翅片构件，每两个相邻的翅片构件之间形成有翅片间距；其特征在于，

所述散热器散热性能优化方法包括：

分割步骤，将所述散热器芯体的迎风面划分为至少两个区域；

测试步骤，将影响所述散热器的散热功率的因素划分为流向所述迎风面的散热气流的风速、所述翅片间距以及其余因素，控制所述其余因素不变，获得所述风速、所述翅片间距与所述散热功率的关系，以获得不同所述风速下对应的最佳的所述翅片间距；

设计步骤，将所述散热器设置于工作环境中，所述工作环境具有与所述测试步骤相同的所述其余因素，在所述区域的设置风速测点，对所述散热器施加由所述工作环境产生的散热气流，针对每个所述区域，在所述风速测点测量以获得风速值，针对每个所述区域的所述风速值，确定对应的所述区域的最佳翅片间距，以获得优化后的散热器。

2.根据权利要求1所述散热器散热性能优化方法，其特征在于，在所述分割步骤中，所述散热器芯体被划分为多个单元区域。

3.根据权利要求2所述的散热器散热性能优化方法，其特征在于，所述冷却路径沿着第二预定方向延伸，在所述分割步骤中，所述单元区域以如下的分割方式获得：

将所述散热器芯体沿着所述第一预定方向划分成多个条形区域，针对每个所述条形区域沿着所述第二预定方向划分成多个单元区域。

4.根据权利要求3所述的散热器散热性能优化方法，其特征在于，设置于每两个相邻的冷却路径之间的多个所述翅片构件被定义为一组翅片构件；

所述条形区域包括p条冷却路径，p为整数，且p大于或者等于1，且所述条形区域包括q组翅片构件，q为整数，且q大于或者等于1。

5.根据权利要求3所述的散热器散热性能优化方法，其特征在于，当沿着所述散热气流的流向所述散热器的方向观察所述单元区域时，所述风速测点位于所述单元区域的几何中心处。

6.根据权利要求3所述的散热器散热性能优化方法，其特征在于，在所述测试步骤中，所述风速、所述翅片间距与所述散热功率的关系以如下方式获得：

首先测试以获得所述风速为预定值时的不同所述翅片间距所对应的所述散热功率，进而拟合预定的所述风速下所述翅片间距与所述散热功率的曲线，以获得所述风速为预定值时的最佳翅片间距；

随后改变所述风速的预定值，获取不同的所述风速下的所述翅片间距与所述散热功率的曲线，以获得不同的所述风速下所述翅片的最佳间距。

7.根据权利要求1所述的散热器散热性能优化方法，其特征在于，

在所述测试步骤中，利用流场仿真手段获得所述风速、所述散热器的结构布置与所述散热功率的关系；

在所述设计步骤中，所述工作环境形成为所述散热器安装于工程机械的状态下所处的环境，所述散热气流由所述工程机械提供。

8.根据权利要求1所述的散热器散热性能优化方法，其特征在于，所述风速值经过如下手段获取：

在所述风速测点多次测量以获得多个测量值，将多个所述测量值求取平均值。

9.一种散热器，其特征在于，所述散热器利用如权利要求1至8中任一项所述的散热器散热性能优化方法获得。

10.一种工程机械，其特征在于，包括如权利要求9所述的散热器。

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