管带式散热器广泛应用于车辆发动机冷却系统之中,通过合理匹配散热器散热量与发动机功率,可保证发动机在理想的温度范围内安全可靠地工作。散热器的散热效率决定其能源和资源消耗,因此,提升散热器的散热效率是研究热点。本文提出将振动强化传热技术应用于管带式散热器,以提高散热器的散热效率,通过数值模拟和风洞实验,对管带式散热器的振动强化传热效果及机理进行了系统的研究。建立管带式散热器扁管和翅片的数学模型,阐述了非结构化网格控制方程的离散方法,及相应的速度-压力耦合解法。
利用Fluent进行仿真分析,模拟了不同振动工况下扁管和翅片对流换热过程中的流场与温度场,研究了振幅和频率对流场、温度场及传热效果的影响规律。扁管的仿真研究表明：振动能够明显地扰动扁管附近流场,增加管壁边界层的湍流度,从而提高扁管对流换热速率；管壁对流换热的平均努赛尔数在一个周期内的均值Nu)随振动强度的增大而增大,其中,增大振幅,Nu可提高14.07-67.78%；增大频率,Nu可提高4.64-26.03%；随风速增大,振动强化传热效果减弱。
翅片仿真研究表明：振动可改变粒子的运动轨迹,迫使气体沿百叶窗通道流动,提高了流动效率,增加了边界层的湍流度；振动能改善温度场分布,形成利于散热的热尾迹,降低了翅片通道的平均温度,从而明显改善壁面对流换热效果；振动时翅片表面平均热流密度，高于无振动时的值,q随振动强度和入口风速的增大而增大,其中频率的影响大于振幅,增大振幅q最大可提高22.92%,而增大频率q最高可提升51.50%；振动对流场和温度场的扰动随入口风速增大而减弱。对管带式散热器扁管和翅片的对流换热过程进行场协同分析,用场协同数和场协同角分布描述流体区域的场协同性,从流场与温度场的协同关系上深入分析散热器振动强化传热的内在机制。
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