斜针形百叶窗翅片数及窗翅角均匀性对换热性能影响研究

陈金友 杨林 漆波

摘  要：该文通过建立斜针形百叶窗翅片换向区两侧不同翅片数目及窗翅角均匀性三维数值计算模型，研究了换向区两侧不同翅片数目和窗翅角均匀性对散热器换热性能的影响。结果表明：换向区两侧翅片数目对散热器的换热及流阻性能影响较小;换向区角度均匀性变化对换热性能有一定的影响，jf1/3最大相差9%。

关键词：斜针形百叶窗翅片  翅片数目  布置方式  数值计算

中图分类号：TK 124                                文獻标识码：A                        文章编号：1672-3791（2019）04（b）-0001-06

Abstract： In this paper， a three-dimensional numerical model for the fin number and the fin angle uniformity on both sides of oblique needle louver fin commutation zone is established， and the effects of fin number and fin angle uniformity on the heat transfer performance of the radiator are studied. The results show that the number of fins on both sides of the commutation zone has little influence on the heat transfer，and the change of the angle uniformity in The commutation zone has a certain effect on the heat transfer performance， and the maximum difference of  jf1/3is 9%.

Key Words： Oblique needle louvered fin; Fin numbers; Arrangement mode; Numberical simulation

随着经济的发展，人们对于汽车的需求越来越大，为减少尾气对空气的污染，目前市面上已经出现了纯电动车及油电混合等新能源车。但无论采用什么形式的汽车，发动机的散热问题都是必须面临的问题。目前百叶窗翅片式散热器因为其结构紧凑、换热效率高的特点而被广泛使用。为进一步提高百叶窗翅片散热器的换热效率，很多学者对百叶窗翅片的结构形式及翅片形状进行了研究，并得到了一些有实际指导意义的结论：李世伟[1]对窗翅角进行了研究，发现窗翅角在一定范围内时，传热因子会随着窗翅角的增加而变大，但当窗翅角增大到一定的程度后，传热因子反而会变小。Hsieh[2]对变化的窗翅角进行了研究，发现变化的窗翅角换热效率比均匀窗翅角的换热效率更高。Chang和Wang[3-6]、董军启[7，8]等学者通过对百叶窗翅片进行多组实验，利用数学方法得到传热因子和摩擦因子的经验关联式，为数值计算方法准确性验证提供了数值对比。吴金星[9]对空调百叶窗翅片进行了研究，并在此基础上提出了一种带弧度的百叶窗翅片结构，且其换热性能优于矩形百叶窗翅片。该文主要对斜针形百叶窗翅片换向区两侧翅片数目及换向区两侧窗翅角均匀性进行研究，探究换向区两侧翅片数目及窗翅角均匀性对百叶窗翅片散热器换热性能的影响。

1  物理模型及边界条件设置

针对斜针形百叶窗翅片建立了数值计算模型，其结构如图1所示。其中S1位换向区长度，值为1mm，θ位窗翅角，值为27°;Lp为百叶窗翅片长度，值为20mm;δ为翅片厚度，值为0.1mm;Fp为翅片间距，值为1.2mm;Fh为翅片高度，值为7.8mm;S2为端部长度，值为1mm;为斜针角，取值范围为10°～30°。

流体传热应该动量守恒、质量守恒和能量守恒，其控制方程如下[10]。

（1）质量守恒方程。

（2）动量守恒方程。

（3）能量守恒方程。

为提高数值计算速度，取计算区域的一半进行计算。斜针形翅片迎面风速范围为3～8m/s，以百叶窗翅片间距为特征尺寸进行计算，计算得到雷诺数在400～1200范围。计算模型设置为层流模型，设定进口温度为308K，冷却扁管壁面温度为358K，具体边界条件的设置如图2所示。流体和固体计算区域网格采用三棱柱网格，整个计算模型网格数量在76万左右，并且网格质量控制在0.68。

2  数值计算结果与经验关联式结果比较

为验证数值计算模型的正确性，该文将数值计算结果与经验计算式计算结果进行比较，目前使用最多的是Chang[11，12]的经验式。计算结果对比如图3所示，两者的j、f因子平均偏差分别为2.06%和13.46%，数值计算模型能满足工程允许偏差的20%要求。

3  换向区两侧翅片数目对斜针型翅片换热性能的影响

为探究换向区两侧翅片数目对斜针形百叶窗翅片换热性能的影响，分别对6种不同翅片数目的斜针形百叶窗翅

片进行数值计算，具体翅片数目分布如下：沿空气流动方向上，换向区前半段翅片数目分别为1、2、3、5、6、7，与此相对应，换向区后半段翅片数目分别为7、6、5、3、2、1，图4为数值计算物理模型。