專利名稱：車用板翅式/管翅式散熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳熱方法，尤其涉及一種車用板翅式/管翅式散熱器。
背景技術(shù)：
近年來，隨高密度、大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)以及眾多新技術(shù)、新系統(tǒng)在汽車上的應(yīng) 用，車輛散熱環(huán)境日趨惡劣，對(duì)車用散熱器的體積、重量、工作效率等提出了新的需求。與此 同時(shí)，由于世界范圍內(nèi)的能源與環(huán)境問題，節(jié)能減排的重要性日益突出。如何根據(jù)車輛實(shí)際 散熱需求，設(shè)計(jì)既具備足夠換熱能力，又能最大程度減少阻力能耗的散熱器，是非常具有現(xiàn) 實(shí)意義的一個(gè)課題。板翅式、管翅式散熱器由于其高效、緊湊、輕巧的特性，在汽車上獲得了非常廣泛 的應(yīng)用。其中，翅片承擔(dān)了至關(guān)重要的換熱任務(wù)，是影響換熱性能的一個(gè)重要因素。多年來 人們研究的目標(biāo)大量集中在翅片本身的結(jié)構(gòu)、尺寸等參數(shù)上，也通過設(shè)計(jì)新的翅片結(jié)構(gòu)使 散熱器性能得以提高。但是，車用散熱器的性能優(yōu)化目前還面臨如下問題1. 經(jīng)過幾十年的研究，目前對(duì)翅片結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)幾乎已進(jìn)入瓶頸狀態(tài)，翅片換熱能力 的進(jìn)一步提升往往伴隨著大量阻力能耗作為代價(jià)。2.由于加工工藝、使用環(huán)境、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等因素限制，車用散熱器的結(jié)構(gòu)型式不能 有根本性改動(dòng)。強(qiáng)化傳熱領(lǐng)域常用的一些技術(shù)如沸騰換熱、電磁強(qiáng)化換熱等在車用換熱器 上難以實(shí)現(xiàn)。3. 車用散熱器與發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能、節(jié)能減排都有密切關(guān)系，過熱或過冷都會(huì)對(duì) 發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生負(fù)面影響。而目前常見的同時(shí)加強(qiáng)整個(gè)芯部換熱能力的方法比較容易導(dǎo)致過冷 現(xiàn)象發(fā)生，不必要的散熱能力引起阻力能耗浪費(fèi)。4. 生產(chǎn)成本是車用換熱器研發(fā)需要考慮的一個(gè)重要因素，應(yīng)盡可能利用已有的 生產(chǎn)資源實(shí)現(xiàn)散熱器性能的提高。因此，在已有翅片型式的基礎(chǔ)上，需要謀求新的解決方案，以協(xié)調(diào)散熱器阻力能耗 與換熱能力之間的矛盾，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻的實(shí)際需求。在已有研究中發(fā)現(xiàn)，由于散熱器內(nèi)部冷熱介質(zhì)的流動(dòng)速度、溫度分布并不均勻，導(dǎo) 致散熱器芯子出現(xiàn)換熱強(qiáng)度嚴(yán)重不均的現(xiàn)象。某些區(qū)域冷熱溫差較大，且介質(zhì)流量也相對(duì) 較高，加強(qiáng)這一區(qū)域的換熱強(qiáng)度，可輕易實(shí)現(xiàn)整體散熱器換熱能力的提升；而某些區(qū)域冷熱 溫差較小，介質(zhì)流量低，即便強(qiáng)化這些區(qū)域的換熱，也未必能達(dá)到更好的換熱效果，反而會(huì) 導(dǎo)致流動(dòng)阻力的急劇提升。因此，本發(fā)明提出翅片局部強(qiáng)化的強(qiáng)化傳熱方法，尋找散熱器中 換熱需求較高的關(guān)鍵換熱區(qū)域，通過強(qiáng)化局部區(qū)域的翅片型式，在以較小阻力為代價(jià)的前 提下，有效提升散熱器的工作性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種車用板翅式/管翅式散熱器。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種車用板翅式/管翅式散熱器，它包括熱介質(zhì)入口、上氣室、下氣室、熱介質(zhì)出口、若干冷卻空氣通道和若干熱介質(zhì)通道； 冷卻空氣通道和熱介質(zhì)通道依次交替排列，冷卻空氣通道和熱介質(zhì)通道上下端分別為上氣 室和下氣室，熱介質(zhì)通道兩端分別與上氣室和下氣室相通，熱介質(zhì)入口位于上氣室上，熱介 質(zhì)出口位于下氣室上。冷卻空氣通道和熱介質(zhì)通道內(nèi)均含有散熱翅片，且每個(gè)通道內(nèi)的散 熱翅片均由密換熱翅片部分和疏換熱翅片部分組成，密換熱翅片部分和疏換熱翅片部分之 間為分割點(diǎn)，各分割點(diǎn)上溫度均為散熱器平均溫度，各通道內(nèi)的散熱翅片的分割點(diǎn)組成翅 片區(qū)域分割線。本發(fā)明具有如下技術(shù)效果1.節(jié)能性可根據(jù)散熱器的實(shí)際工作狀況選擇翅片加密的區(qū)域，以及翅片加密的程度， 能較好地控制散熱器阻力壓差的增長(zhǎng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)換熱能力的有效提升。2.適用性在對(duì)散熱器進(jìn)行改良設(shè)計(jì)時(shí)，可通過逐步加密翅片，或逐步增大高效翅 片區(qū)域的方法，找到阻力壓差與換熱性能的最佳匹配點(diǎn)，滿足多種不同的散熱需求。3.便于整體化和模塊化設(shè)計(jì)采用局部翅片強(qiáng)化的方法，不僅能獲得更高的工 作效率，避免過冷現(xiàn)象出現(xiàn)，還可調(diào)節(jié)散熱器下游的溫度分布。根據(jù)上下游散熱器的位置、 結(jié)構(gòu)和換熱需求等設(shè)計(jì)翅片配置方案，能實(shí)現(xiàn)車用冷卻系統(tǒng)中上下游散熱器的組合匹配優(yōu) 化。4.該方法使用成本低、加工工藝簡(jiǎn)單。


圖1為應(yīng)用本發(fā)明所述強(qiáng)化傳熱方法的車用散熱器正視圖； 圖2為仿真計(jì)算所獲得的中冷器內(nèi)部溫度分布示意圖；圖中，熱介質(zhì)入口 1、上氣室2、冷卻空氣通道3、熱介質(zhì)通道4、下氣室6、熱介質(zhì)出口 7。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明針對(duì)散熱器實(shí)際工作狀況，通過設(shè)計(jì)翅片的不同布置方案，使芯子換熱能 力得以提升，同時(shí)仍將阻力能耗控制在一定的范圍內(nèi)。根據(jù)對(duì)散熱器的仿真計(jì)算和理論分 析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)冷熱流體溫差場(chǎng)趨向均勻時(shí)，能更有效地強(qiáng)化換熱。在散熱器的實(shí)際工作過程 中，由于熱介質(zhì)分布不均勻，散熱器芯部的換熱強(qiáng)度并不均衡，部分區(qū)域的換熱已完全飽 和，而部分區(qū)域的換熱強(qiáng)度卻比較低。通過將散熱器芯子部分劃分為高溫區(qū)域和低溫區(qū)域， 當(dāng)原有散熱器的換熱能力無法滿足實(shí)際需求時(shí)，采用局部換熱強(qiáng)化的思想，對(duì)不同區(qū)域配 置疏密不同或型式不同的換熱翅片，能在較小阻力代價(jià)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)換熱性能的較大提升。如圖1所示，本發(fā)明車用板翅式/管翅式散熱器包括熱介質(zhì)入口 1、上氣室2、下 氣室6、熱介質(zhì)出口 7、若干冷卻空氣通道3和若干熱介質(zhì)通道4。冷卻空氣通道3和熱介質(zhì) 通道4依次交替排列，冷卻空氣通道3和熱介質(zhì)通道4上下端分別為上氣室2和下氣室6， 熱介質(zhì)通道4兩端分別與上氣室2和下氣室6相通，熱介質(zhì)入口 1位于上氣室2上，熱介質(zhì) 出口 7位于下氣室6上。冷卻空氣通道3和熱介質(zhì)通道4內(nèi)均含有散熱翅片。熱介質(zhì)從熱 介質(zhì)入口 1進(jìn)入上氣室2，經(jīng)過熱介質(zhì)通道4被冷卻后，由下氣室6、熱介質(zhì)出口 7流出。冷 卻風(fēng)垂直于熱介質(zhì)流動(dòng)方向，通過冷卻空氣通道3對(duì)熱介質(zhì)進(jìn)行冷卻換熱。因此，本發(fā)明冷卻空氣通道3和熱介質(zhì)通道4內(nèi)均含有散熱翅片，且每個(gè)通道內(nèi)的散熱翅片均由密換熱翅片部分和疏換熱翅片部分組成，密換熱翅片部分和疏換熱翅片部分 之間為分割點(diǎn)，各分割點(diǎn)上溫度均為散熱器平均溫度，各通道內(nèi)的散熱翅片的分割點(diǎn)組成 翅片區(qū)域分割線5。如圖2所示，首先通過實(shí)驗(yàn)、計(jì)算仿真等方法估算芯部區(qū)域的溫度分布。高速熱介 質(zhì)從熱介質(zhì)入口 1、上氣室2進(jìn)入散熱器后，主要分為三股，散熱器兩側(cè)以及散熱器正中間 通道流量較高，因此這些區(qū)域溫度和換熱強(qiáng)度也相對(duì)較高，溫度分布呈M型。圖2中可見散 熱器內(nèi)部溫度分布狀況。翅片區(qū)域分割線5的確定方式如下利用仿真計(jì)算的方法估算散熱器平面溫度， 也可采用實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法對(duì)散熱器同一平面上的溫度進(jìn)行布點(diǎn)測(cè)量，以溫度等值線為基礎(chǔ)， 取散熱器內(nèi)部溫度的均值。如圖2所示，熱介質(zhì)入口溫度為431，散熱器平面上最低溫度 為296K，取均值36 ，沿36 溫度等值線的形態(tài)，畫出大致的形狀，確定翅片區(qū)域分割線 5?？紤]到加工方便和使用需求，翅片區(qū)域分割線5并不需要與溫度等值曲線完全吻合，只 要基本形狀與位置一致即可。將翅片區(qū)域分割線5上方定義為高溫、高效換熱區(qū)域；下方定 義為低溫、低效換熱區(qū)域。加密高溫區(qū)域內(nèi)冷卻空氣通道3中的換熱翅片，或加密低溫區(qū) 域內(nèi)熱介質(zhì)通道4中的換熱翅片，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱的效果，同時(shí)內(nèi)外側(cè)通道的阻力壓差仍能 控制在適當(dāng)?shù)姆秶?。本發(fā)明對(duì)車用水箱、中冷器、油冷器等均可使用。只需通過前期分析確定翅片區(qū)域 分割線5，在不同區(qū)域裝配不同翅片即可完成，不影響散熱器的整體工作環(huán)境和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度， 并且加工維護(hù)操作簡(jiǎn)單。可根據(jù)散熱器的實(shí)際工作狀況，確定散熱器內(nèi)部溫度的均值，從而得到翅片區(qū)域 分割線5，能較好地控制散熱器阻力壓差的增長(zhǎng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)換熱能力的有效提升。本發(fā)明通 過找到阻力壓差與換熱性能的最佳匹配點(diǎn)，滿足多種不同的散熱需求。本發(fā)明采用局部翅 片強(qiáng)化的方法，不僅能獲得更高的工作效率，避免過冷現(xiàn)象出現(xiàn)，還可調(diào)節(jié)散熱器下游的溫 度分布。根據(jù)上下游散熱器的位置、結(jié)構(gòu)和換熱需求等設(shè)計(jì)翅片配置方案，能實(shí)現(xiàn)車用冷卻 系統(tǒng)中上下游散熱器的組合匹配優(yōu)化。
權(quán)利要求
1. 一種車用板翅式/管翅式散熱器，其特征在于，它包括熱介質(zhì)入口(1)、上氣室(2)、下氣室(6)、熱介質(zhì)出口(7)、若干冷卻空氣通道(3)和若干熱介質(zhì)通道(4)等；其中，所 述冷卻空氣通道(3 )和熱介質(zhì)通道(4 )依次交替排列，冷卻空氣通道(3 )和熱介質(zhì)通道(4 ) 上下端分別為上氣室(2)和下氣室(6)，熱介質(zhì)通道(4)兩端分別與上氣室(2)和下氣室(6) 相通，熱介質(zhì)入口(1)位于上氣室(2)上，熱介質(zhì)出口(7)位于下氣室(6)上；冷卻空氣通道(3)和熱介質(zhì)通道(4)內(nèi)均含有散熱翅片，且每個(gè)通道內(nèi)的散熱翅片均由密換熱翅片部分和 疏換熱翅片部分組成，密換熱翅片部分和疏換熱翅片部分之間為分割點(diǎn)，各分割點(diǎn)上溫度 均為散熱器平均溫度，各通道內(nèi)的散熱翅片的分割點(diǎn)組成翅片區(qū)域分割線(5)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種車用板翅式/管翅式散熱器，本發(fā)明根據(jù)散熱器芯子部分的溫度等值線形態(tài)，將芯子劃分為高溫區(qū)域和低溫區(qū)域，當(dāng)原有散熱器的換熱能力無法滿足實(shí)際需求時(shí)，采用局部換熱強(qiáng)化的方法，對(duì)不同區(qū)域配置疏密不同或型式不同的換熱翅片。如將高溫區(qū)的冷側(cè)翅片進(jìn)行加密，或者將低溫區(qū)的熱側(cè)翅片進(jìn)行加密，能在較小阻力代價(jià)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)換熱性能的較大提升。
文檔編號(hào)F28D1/04GK102052861SQ20101059085
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者俞小莉, 呂鋒, 陸國(guó)棟, 黃鈺期 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)