CN113309603A - 一种快速、准确增大缩比尺寸散热器压降性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车零部件设计技术领域，具体涉及一种快速、准确增大缩比尺寸散热器压降性能的方法，包括：S1、通过试验获取原始尺寸的散热器的原始压降数据，以及获取缩比尺寸的散热器的缩比压降数据；S2、对原始压降数据进行二次多项式拟合获得原始压降曲线，以及对缩比压降数据进行二次多项式拟合获得缩比压降曲线；S3、得到封堵压降曲线，并计算封堵压降曲线与原始压降曲线在预设速度范围内的差值；S4、根据预设速度范围内的差值最小的条件，计算面积封堵比例；S5、根据面积封堵比例对缩比散热器进行封堵，得到修正的封堵压降曲线。本发明对缩比尺寸的散热器实际空气的通过面积进行调整，可使风阻特性满足目标要求。

Description

一种快速、准确增大缩比尺寸散热器压降性能的方法

技术领域

本发明涉及汽车零部件设计技术领域，具体涉及一种快速、准确增大缩比尺寸散热器压降性能的方法。

背景技术

汽车散热器为汽车最为重要的热交换零部件之一，在各类汽车中起着非常重要的作用。市场上的散热器芯体结构大多为管片式，芯体结构由多个冷却管及散热片构成，散热片分布形态为波浪状，以增大与空气接触面积。由于散热器的管片式芯体结构，导致空气通过散热器时会产生压力损失，散热器的迎风侧压力会比背风侧压力要大。也就是说，散热器的风阻特性是散热器的固有属性，与材料、孔隙率、翅片分布状态等参数有关。汽车散热器风阻特性会影响汽车整车空气阻力的大小，在制作空气动力学缩比模型或者标准模型时，需要保证散热器的风阻特性与原尺寸散热器或参考车型散热器的性能参数相同。

目前，为了保证缩比模型的散热器样件的风阻特性与原始尺寸性能参数相同或者误差在指定范围内，需要采用多款与缩比尺寸相同的散热器进行多次风阻试验，直至找到性能参数符合要求的散热器样件，不能够准确、快速、可重复地对散热器风阻特性进行调节，需要耗费大量的人力、物力、金钱和时间。

发明内容

本发明提供一种快速、准确增大缩比尺寸散热器压降性能的方法，解决了现有技术不能够准确快速、可重复地对散热器风阻特性进行调节的技术问题。

本发明提供的基础方案为：一种快速、准确增大缩比尺寸散热器压降性能的方法，包括：

S1、通过试验获取原始尺寸的散热器的原始压降数据，以及获取缩比尺寸的散热器的缩比压降数据；

S2、对原始压降数据进行二次多项式拟合获得原始压降曲线，以及对缩比压降数据进行二次多项式拟合获得缩比压降曲线；

S3、得到封堵压降曲线，并计算封堵压降曲线与原始压降曲线在预设速度范围内的差值；

S4、根据预设速度范围内的差值最小的条件，计算面积封堵比例；

S5、根据面积封堵比例对缩比散热器进行封堵，得到修正的封堵压降曲线。

本发明的工作原理及优点在于：对原始尺寸的散热器进行缩比处理后，缩比尺寸的散热器的迎风面积和厚度都会发生改变，使得缩比尺寸的散热器的风阻特性也会发生改变，空气在流经缩比尺寸的散热器时，两侧的空气流速、压力分布均匀。在通过风速相同的情况下，只改变缩比尺寸的散热器的迎风面积不会改变缩比尺寸的散热器的风阻特性，在实际制作缩比例模型时，由于安装点、前后间隙等结构同样也需要进行缩比处理，原始尺寸的散热器不仅需要进行迎风面积的缩比处理，厚度同样需要等比例缩比处理。当缩比尺寸的散热器的厚度发生变化时，可以近似地认为把缩比尺寸的散热器在厚度方向分成若干个单元，改变缩比尺寸的散热器的厚度相当于增加或减少空气通过单元的数量，在相同通过风速下，缩比尺寸的散热器两侧的压降与缩比尺寸的散热器的厚度成反比。这样对缩比尺寸的散热器实际空气的通过面积进行调整，改变缩比尺寸的散热器实际空气的通过速度，可使缩比尺寸的散热器的风阻特性满足目标要求，从而准确、快速、可重复地对缩比尺寸的散热器的风阻特性进行调节，并节省大量的人力、财力以及时间。

本发明通过对缩比尺寸的散热器实际空气的通过面积进行调整，改变缩比尺寸的散热器实际空气的通过速度，即可使缩比尺寸的散热器的风阻特性满足目标要求，解决了现有技术不能够准确快速、可重复地对散热器的风阻特性进行调节的技术问题。

进一步，S1中，控制散热器所在的环境温度至预设环境温度。

有益效果在于：在试验的过程中，散热器所在的环境温度会影响空气的温度以及密度，从而影响空气的流动过程，通过改变预设环境温度，可以模拟散热器所处不同环境温度下的风阻特性。

进一步，S1中，采用冷却液对散热器进行冷却，并控制冷却液的温度至预设冷却温度。

有益效果在于：在试验的过程中，冷却液的温度会影响散热器的散热效果，进而影响散热器的温度，从而影响散热器附近的空气的温度以及密度，从而影响空气的流动过程，通过改变预设冷却温度，可以模拟散热器所处不同冷却条件下的风阻特性。

进一步，通过设置于散热器的温度传感器获取散热器的温度，并根据散热器的温度相应地调整流入散热器的冷却液的流量。

有益效果在于：流入散热器的冷却液的流量会影响散热效果，流入散热器的冷却液的流量越大，散热越快、散热器的温度越低；流入散热器的冷却液的流量越小，散热越慢、散热器的温度越高；这样可以模拟流入散热器的冷却液的流量对散热器风阻特性的影响规律。

进一步，冷却液为乙二醇与水按1:1的体积比混合而成的混合物。

有益效果在于：实践表明，乙二醇与水按1:1的体积比混合而成的混合物散热效果好、冷却效果好，而且成本低廉、易于获得。

进一步，散热器由多个散热片组成，靠近入风口的散热片的间距宽于靠近出风口的散热片的间距。

有益效果在于：通过增加出风口位置的散热片数量，增加了出风口位置的散热面积和散热量，可以弥补出风口位置与入风口位置的气流温差所影响出风口的散热量。

进一步，散热器的散热片的间距从入风口到出风口均匀递减，递减速率与入风口相对出风口温降速率相对应。

有益效果在于：根据散热器从入风口到出风口温度梯度的增加，确定散热器上散热片之间距离缩减的梯度，可以保证散热片从任意位置所带走的热量基本相等。

附图说明

图1为本发明一种快速、准确增大缩比尺寸散热器压降性能的方法实施例的流程图。

图2为本发明一种快速、准确增大缩比尺寸散热器压降性能的方法实施例的试验数据拟合曲线与计算得到的缩比压降曲线的对比图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

实施例1

实施例基本如附图1所示，包括：

S1、通过试验获取原始尺寸的散热器的原始压降数据，以及获取缩比尺寸的散热器的缩比压降数据；

S2、对原始压降数据进行二次多项式拟合获得原始压降曲线，以及对缩比压降数据进行二次多项式拟合获得缩比压降曲线；

S3、得到封堵压降曲线，并计算封堵压降曲线与原始压降曲线在预设速度范围内的差值；

S4、根据预设速度范围内的差值最小的条件，计算面积封堵比例；

S5、根据面积封堵比例对缩比散热器进行封堵，得到修正的封堵压降曲线。

在本实施例中，分析散热器的风阻特性时，忽略空气流过散热器的流动细节，只关注空气通过散热器的压力损失大小。为了简化问题，可以将散热器看作带有许多微小空隙结构的多孔介质，允许对应空隙尺度的流体渗透通过。

由于多孔介质会对空气的流动造成阻力，动量方程将增加一个附加的源项S_i，如下式所示，

其中

部分为粘性损失项，

为惯性损失项。

对于简单的均匀各向同性多孔介质，源项S_i可简化下式，

其中，μ/α为粘性阻力系数，单位是kg(m³*s)；C₂ρ/2为惯性阻力系数，单位是kg/m⁴。

流体在通过多孔介质过程中，压降和速度成比例，忽略对流加速度以及扩散，多孔介质粘性损失模型可以表示为Darcy定律形式，

式中Δn为多孔介质流动方向上的厚度。

在流体流动中，多孔介质动量方程中的常数C₂提供了多孔介质惯性损失项的矫正，在模拟穿孔板时可以消除渗透项，从而得到多孔介质惯性损失简化模型，如下式，

联合上面几个公式，可以发现通过散热器的压降Δp可以表达为空气通过速度v的二次多项式形式，对试验点结果进行二次多项式拟合可以得到通过散热器的压降Δp与空气通过速度v的关系式，

Δp＝a₁v+a₂v²

对散热器进行缩比处理时，散热器的迎风面积和厚度将会改变，从而使得缩比尺寸的散热器风阻特性发生改变，空气在流经散热器时，散热器两侧的空气流速、压力分布均匀。因此，在相同通过风速条件下，只改变散热器的迎风面积不会改变散热器的风阻特性。在实际应用中，制作缩比例模型时其他结构同样需要缩比处理，散热器不能够仅进行二维迎风面积的缩比，厚度同样需要缩比处理。当散热器的厚度发生变化时，可以近似地认为把原有散热器在厚度方向分成若干个单元，改变散热器的厚度相当于增加或减少空气通过相同散热器单元的数量。因此，相同通过风速下，散热器两侧的压降与散热器厚度成反比例线性关系，故而，缩比尺寸的散热器风阻特性会发生变化，缩比尺寸的散热器在相同风速下压降会较小，需要对缩比例尺寸的散热器进行处理，以满足风阻特性要求。

国家标准《QC/T 907-2013汽车散热器散热性能试验方法》中要求，在进行汽车散热器风阻特性试验时，需要提供试验散热器的正面积A以及试验风速v，并在专用试验设备给定流量Q进行试验，三者关系为：v＝Q/A。其中正面积为散热器在空气流向方向的最大投影面积，即散热器的长、宽之积(A＝L*W)；试验风速通常为4m/s、6m/s和 8m/s。

由于散热器压降Δp随空气通过风速增大而增大，可以不改变散热器正面积，在同样的试验风速下，封堵部分翅片，减小实际通过面积a(a＝n*A，n＜1)，从而增大实际通过速度v′，增大压降Δp。

表1列举了试验中各变量的变化情况，也即大小关系(原值：原始尺寸的散热器参数；新值：封堵部分散热翅片后的散热器参数)。从表1中可以看出，通过封堵部分散热翅片方法，能够在相同的试验风速v下，增大压降值，从而达到改变散热器风阻特性目的。

表1封堵部分散热翅片后试验各变量变化情况

变量	计算方法	原值	新值	大小关系
					A	L*W	A1	A2	相等
v	试验指定	V1	V2	相等
					Q	A*v	Q1	Q2	相等
a	A*n	a1	a2	a1＞a2
					v′	Q/a	v′1	v′2	v′1＜v′2
Δp	Δp＝a<sub>1</sub>v′+a<sub>2</sub>v′<sup>2</sup>	Δp1	Δp2	Δp1＜Δp2

具体实施过程如下：

首先，通过试验获取原始尺寸的散热器的原始压降数据，以及获取缩比尺寸的散热器的缩比压降数据；并对原始压降数据进行二次多项式拟合获得原始压降曲线，以及对缩比压降数据进行二次多项式拟合获得缩比压降曲线。

然后，根据面积封堵比例对缩比压降曲线进行调整，得到封堵压降曲线。

假设原始压降曲线为，

Δp_T＝a_Tv|b_Tv²

缩比压降曲线为，

Δp_O＝a_ov+b_ov²

封堵x％(x＜100)通过面积后，缩比尺寸的散热器的封堵压降曲线为，

Δp_N＝a_ov_N+b_ov_N ²

其中有，

v＝x％*v_N

可得，

最后，计算封堵压降曲线与原始压降曲线在预设速度范围内的差值，根据预设速度范围内的差值最小的条件，计算面积封堵比例。

通常要求预设速度范围为4m/s～8m/s，也就是说，在下式取最小值时，解出面积封堵比例，

求解上式得到x，即可计算出需要封堵的面积占比，得到调整后的封堵压降曲线，从而能够快速地、准确地调整散热器的风阻特性。

由于通常要求预设速度范围为4m/s～8m/s，也就是说，在4m/s～8m/s风速范围内，希望缩比散热器的压降值与原始散热器的压降值差值的极值越小越好。散热器的压降曲线为过零点的单调递增的二次曲线，对缩比散热器的压降性能进行调整时，调整后的缩比散热器曲线与原始散热器的压降曲线将在4m/s～8m/s内相交，且两曲线在区间 4m/s～8m/s内的差值极值点出现在4m/s或8m/s处。由于两单调曲线在4m/s～8m/s内相交，4m/s处和8m/s处的差值大小将随着相交点的变化而变化，大小变化趋势相反。

因此，当4m/s处和8m/s处的差值大小相等时，缩比散热器的压降值与原始散热器的压降值在4m/s～8m/s内差值的极值最小，即需要满足：

|Δp_N-Δp_T|_v＝A＝|Δp_N-Δp_{T v＝a}

求解上式得到x，即可计算出需要封堵的面积占比，根据关注的风速段不同，可调整区间端点4m/s和8m/s以满足不同要求。

具体算例如下：

原始压降曲线为，

Δp_T＝8.0754*v+5.0307*v²

缩比压降曲线为，

Δp₀＝5.0627*v+3.4341*v²

封堵x％(x＜100)通过面积后，缩比尺寸的散热器的缩比压降曲线为，

Δp_N＝a_ov_N+b_ov_N ²

其中有，

v_N＝x*v，x＞1

可得，

Δp_N＝x*5.0627*v+x²*3.4341*v²

令，

|Δp_N-Δp_v|_v＝A＝|Δp_N-Δp_v|_v＝a

即，

|x*5.0627*4+x²*3.4341*16-8.0754*4-5.0307*16|

＝|x*5.0627*8+x²*3.4341*64-8.0754*8-5.0307*64|

求解上式得到x＝1.24，在Q相同的条件下，即可得到需要封堵的面积占比约为1/5，从而能够快速、准确地调整散热器的风阻特性。其中A为散热器迎风面积、v为试验指定风速、Q＝A*v为计算值。

在本实施例中，计算得到面积封堵比例后，如附图2所示，在4m/s-8m/s风速范围内，散热器的压降值误差小于2％，得到的试验数据拟合曲线与计算得到的缩比压降曲线非常吻合。

实施例2

与实施例1不同之处仅在于，

由于散热器所在的环境温度会影响空气的温度以及密度，从而影响空气的流动过程，故而，控制散热器所在的环境温度至预设环境温度，比如说25℃，通过改变预设环境温度模拟散热器所处不同环境温度下的风阻特性。

与此同时，冷却液的温度会影响散热器的散热效果，从而影响空气的流动过程，故而，用冷却液对散热器进行冷却，并控制冷却液的温度至预设冷却温度，比如说22℃，通过改变预设冷却温度模拟散热器所处不同冷却条件下的风阻特性。在本实施例中，通过设置于散热器的温度传感器获取散热器的温度，并根据散热器的温度相应地调整流入散热器的冷却液的流量，冷却液采用乙二醇与水按1:1的体积比混合而成的混合物，流入散热器的冷却液的流量越大，散热越快、散热器的温度越低；流入散热器的冷却液的流量越小，散热越慢、散热器的温度越高；从而模拟流入散热器的冷却液的流量对散热器风阻特性的影响规律。

实施例3

与实施例2不同之处仅在于，散热器由多个散热片组成，靠近入风口的散热片的间距宽于靠近出风口的散热片的间距。在本实施例中，散热器的散热片的间距从入风口到出风口均匀递减，递减速率与入风口相对出风口温降速率相对应，比如说两者成正比例关系，通过增加出风口位置的散热片数量，增加了出风口位置的散热面积和散热量，可以弥补出风口位置与入风口位置的气流温差所影响出风口的散热量；根据散热器从入风口到出风口温度梯度的增加，确定散热器上散热片之间距离缩减的梯度，可以保证散热片从任意位置所带走的热量基本相等。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种快速、准确增大缩比尺寸散热器压降性能的方法，其特征在于，包括：

S1、通过试验获取原始尺寸的散热器的原始压降数据，以及获取缩比尺寸的散热器的缩比压降数据；

S2、对原始压降数据进行二次多项式拟合获得原始压降曲线，以及对缩比压降数据进行二次多项式拟合获得缩比压降曲线；

S3、得到封堵压降曲线，并计算封堵压降曲线与原始压降曲线在预设速度范围内的差值；

S4、根据预设速度范围内的差值最小的条件，计算面积封堵比例；

S5、根据面积封堵比例对缩比散热器进行封堵，得到修正的封堵压降曲线。

2.如权利要求1所述的快速、准确增大缩比尺寸散热器压降性能的方法，其特征在于，S1中，控制散热器所在的环境温度至预设环境温度。

3.如权利要求2所述的快速、准确增大缩比尺寸散热器压降性能的方法，其特征在于，S1中，采用冷却液对散热器进行冷却，并控制冷却液的温度至预设冷却温度。

4.如权利要求3所述的快速、准确增大缩比尺寸散热器压降性能的方法，其特征在于，通过设置于散热器的温度传感器获取散热器的温度，并根据散热器的温度相应地调整流入散热器的冷却液的流量。

5.如权利要求4所述的快速、准确增大缩比尺寸散热器压降性能的方法，其特征在于，冷却液为乙二醇与水按1:1的体积比混合而成的混合物。

6.如权利要求5所述的快速、准确增大缩比尺寸散热器压降性能的方法，其特征在于，散热器由多个散热片组成，靠近入风口的散热片的间距宽于靠近出风口的散热片的间距。

7.如权利要求6所述的快速、准确增大缩比尺寸散热器压降性能的方法，其特征在于，散热器的散热片的间距从入风口到出风口均匀递减，递减速率与入风口相对出风口温降速率相对应。

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