关于汽车散热器的优化设计及传热性能探析

陈名勋

（南宁八菱科技股份有限公司广西 南宁 530003）

关于汽车散热器的优化设计及传热性能探析

陈名勋

（南宁八菱科技股份有限公司广西 南宁 530003）

随着我国汽车工业技术的不断发展，对汽车发动机的散热性能要求越来越高。本文在此背景下，旨在通过现代化工业设计理念，在不断满足其阻力和传热要求前提下，设计一种散热器芯体结构的参数优化方案，以此降低汽车工业制造成本及减少耗材，并采用管带式散热器设计方案对其进行校核、优化与一体化设计，从而提高汽车整体设计优化性能。

汽车；散热器；优化设计；传热性能

前言

众所周知，在汽车冷却系统中，不可或缺的一种重要元件就是汽车散热器，其性能优劣不仅关系到整个汽车发动机的经济性、稳定性与安全性，而且对我国汽车工业制造技术的进步有着重要影响。一般而言，带有百叶窗的汽车散热器能够在一定条件下对汽车散热带的上气体边界层起到良好的阻隔作用，且能够缩减散热带上气体边界层的厚度及不断提高汽车散热器的总体运行性能。因此，本文需要在此基础上重点针对我国汽车结构中的内部流动结构及其阻力性、传热性等特征进行系统分析。

1 汽车散热器的优化设计及传热性能研究的重要性

纵观当前我国国内汽车生产制造工业，相关生产厂家在汽车散热器的设计以及应用方面与国外发达国家相比，依然存在一定差距，特别是在汽车散热器的流动性与传热性优化设计方面依然落后。因此，本文为了进一步提高我国汽车工业生产技术质量及提升产品的散热性能，尽量在保持传统汽车生产制造过程中的相关构件尺寸及模具、刀具和相关装配结构实际性能基础上，重点通过优化设计使我国汽车散热器的散热性能在原来基础上提高约20%，本文旨在通过对汽车散热器的优化设计及传热性能研究，编制汽车散热器的流动阻力与传热计算程序，从而通过对散热器的相关参数分析计算及对相关材质的散热能力分析，最终希望为汽车散热器总体结构的优化设计，提供一种程序化以及集成化和智能化的设计参考依据。

2 关于汽车散热器的优化设计及传热性能理论参数分析

本文在对汽车散热器进行优化设计及传热性能研究分析之前，首先需要通过对带百叶窗散热带的汽车散热器相关空气侧流动阻力值及散热器的实际散热性能进性参数分析统计，然后通过原有数据为本文设计优化过程提供理论参考依据并展开科学计算分析[1]。如下是本文通过收集与整理得到的C6型汽车散热器结构相关参数，然后对汽车散热器传热性能参数值及散热器的实际流动阻力值进行计算分析，在此基础上还针对我国2JC型汽车散热器风阻值以及散热器的实际散热量进行研究分析，具体参数见表1数据。

如图1为汽车散热器的优化设计及传热性能理论参数分析过程中，关于实测参数与本次优化设计参数的相关变化趋势曲线图，从中可以看出，汽车散热器风阻力特定值在理论上与实际测算中的差距不太明显，而且随着汽车散热器的运行速度不断增加，实测值与理论计算值之间的实际偏差不断增大，由此通过这一变化曲线图及上述相关理论参数值分析，为本文的设计优化提供了理论参考依据。

表1 我国C6型汽车散热器实际结构设计相关参数分析

图1 汽车散热器风阻设计优化理论计算值与实测数值变化曲线示意图

3 影响汽车散热器优化设计及传热性能的相关设计因素

在实际设计优化过程中，本文通过对上述相关数据分析研究，然后在此基础上针对不同散热带结构的相关运行参数及汽车散热带的传热性能和实际风阻力特性进行了分析，从而得到几种影响汽车散热器优化设计及传热性能的相关设计因素。

3.1 汽车散热器优化设计及传热性能受汽车散热带波距的影响

本文在设计过程中尽量使其它相关参数与原来设计参数保持一致，而汽车散热器的热带波距设计为3.5mm，汽车散热器的传热特征值设计为3.0mm，而将汽车散热器的风阻力特定值设计为2.0mm，然后对汽车的散热带波距进行调整，并通过以下变化趋势曲线对汽车散热器优化设计及传热性能进行对比分析。

图2 汽车散热器优化设计及传热性能与汽车散热带波距之间关系变化曲线图

从图2变化曲线示意图中可以看出，当汽车散热带波距在不断减小的过程中，汽车散热器的实际散热量在不断增加，与此同时汽车实际散热器风阻力值也随之上升，从而使汽车散热器芯子实际设计重量也在增加。

3.2 汽车散热器优化设计及传热性能受汽车百叶窗开窗角度的影响

本文在设计优化过程中，为了进一步测验汽车散热器优化设计及传热性能与汽车百叶窗开窗角度之间的相关关联性，因此将汽车散热器的百叶窗实际开窗角度设计为三个不同的特定变化参数值，从低往高分别为25°角、30°角以及35°角，然后分析汽车不同百叶窗角度变化对汽车散热器优化设计及传热性能的影响变化情况，从分析中发现，汽车散热器散热量及实际风阻值都会随着汽车百叶窗开窗角度的变化而不断增加，但是在此变化过程中，汽车散热器的实际热量变化程度较小[2]。

3.3 汽车散热器优化设计及传热性能受汽车散热带材质和厚度的影响

除了上述分析之外，本文为了进一步提高研究设计的科学性，又重点针对汽车散热带的实际设计材质及实际厚度进行分析研究，然后将汽车散热器的散热带导热系数设计为180W/m·℃，将汽车散热器百叶窗的实际开窗角度设计为30°角，所选材料为铝合金设计材质。通过分析发现，汽车散热器材质对散热器的实际热量性能有很大影响，因此本设计方案为了进一步提高汽车散热带肋化效率，主要将汽车散热带材料的导热系数不断提高，以此提升汽车散热器的风侧换热性能，从而有效提高整个汽车散热带的散热效率。通过几次研究发现，散热器的厚度在不断增加的情况下，会提升整个散热器的实际风阻值以及散热器的散热量。

4 汽车散热器的优化设计及传热性能的提升对策

结合上述相关设计理论参数分析及相关影响因素研究，本文通过将汽车散热器散热带的波距由原来的3.5mm缩减到现在的3mm，与此同时还将汽车散热器的散热厚度由原来的0.09mm缩减到现在的0.07mm，其它相关结构参数与原来设计参数保持一致。经过分析，优化设计后的汽车散热器在散热性能方面要比原来的设计方案性能提高20.1%，且散热器的风阻力将在原来的基础上增加11.0%。除此之外，经过优化设计的散热器芯子的重量在原有设计基础上减少0.11kg，重量几乎没有发生太大变化。因此，从上述理论变化值来看，这一设计优化方案完全可以达到现代化汽车生产制造工业的相关生产要求与标准，而且在优化设计过程中，仍然使用原有生产工艺中的相关模具以及技术工艺和刀具。

但是，在实际设计优化过程中，需要引进新的生产技术材料，因此会对产品造成一定的腐蚀性影响，所以针对这一情况，本文在设计优化过程中，通过散热带材料与散热管的有效搭配，从而将二者之间的最佳电位差控制在50～105之间，而将散热带电位差及散热带管芯层的电位控制到70～140之间，同时使散热管的电位设计远远高于散热带的电位，这种电位差在一定程度上可以有效降低新材料对汽车相关工业产品的强烈腐蚀性，这样的优化设计无疑大大提高了整个汽车散热器的密封性能。

5 结束语

综上所述，当前在汽车生产与制造过程中，应用更为广泛的就是百叶窗的管带式汽车散热器，使用这一类型的汽车散热器可以保证汽车具有足够的散热性能，而且在原来的设计前提下，使其总体结构的设计逐渐向着小型化以及节能化方向发展，因此未来的汽车散热器的耗能更低，运行也更加经济。

[1]童正明，陈丹，梁淑君，王亦凡，董万吉.管带式汽车散热器试验及数值模拟研究[J].汽车技术，2013，10：51～55.

[2]童正明，侯鹏，梁淑君，陈丹.汽车散热器传热特性的风洞实验研究[J].上海理工大学学报，2014，06：543～547.

U464.138

A

1004-7344（2016）16-0322-02

2016-5-23

陈名勋（1986-），男，助理工程师，大专，主要从事汽车散热器生产工作。