2005年 1O月 第28卷第1O期 重庆大学学报(自然科学版) Journal of Chongqing University(Nctmml Science Edition) Oct．2oo5 Vo1．28 No．10

　　文章编号：1000—582X(2005)10-0039一o4

　　百叶窗式翅片换热器中的耦合传热’

　　漆 波，李 隆 键，崔 文 智，陈 清 华 (重庆大学 动力工程学院，重庆 )

　　摘 要：对汽车上常用的百叶窗式换热器的传热过程进行了分析，建立了翅片内导热与翅片间耦合 对流换热的物理数学模型，并采用数值分析方法对该耦合传热问题进行了数值模拟计算．计算结果揭示 了百叶窗翅片换热器内部的流场结构和换热状况．与经验公式计算结果相比，数值计算的百叶窗翅片换 热器通道阻力和换热系数显示出与实测值更好的一致性． 关键词：百叶窗翅片换热器；耦合传热；数值计算 中图分类号：TK124 文献标识码：A

　　汽车散热器是汽车冷却系统中不可缺少的一个组 成部分，其性能好坏对发动机的动力性、经济性和可靠 性有很大的影响．优化散热器的设计包括使其传热* 强，并且*小化其流动阻力．对大多数紧凑式换热器而 言，其主要热阻在空气侧．百叶窗式翅片具有切断散热 器上气体边界层的发展、减小边界层厚度、提高散热器 性能的作用．目前，国内外散热器产品中，产品结构向 紧凑、高效、轻量化方向发展．百叶窗式汽车换热器的 比重明显上升．近年来，国外不少学者对百叶窗式翅片 换热器的流动结构、传热与阻力特性进行了大量的实 验研究u J，并在实验基础上整理得到一些计算流动 和传热性能的经验关系式【4 】．Baliga【7 等采用控制有 限容积法，建立了二维的模型，分析了百叶窗翅片的流 动和传热特性．对于车用百叶窗式换热器，由于构成翅 片问流道的结构较复杂，因此其内部流动与传热过程 非常复杂，很难用实验方法准确测定其内部流场结构 和换热特性．此外，翅片内的导热与翅片间流体的对流 传热是一个相互耦合的换热过程，这一点在以前的研 究中都未加以考虑．采用数值计算方法可以比较快捷、 准确及直观地反映流体在换热器中的流动结构，预测 百叶窗翅片换热器换热特性，进而实现换热器设计方 案的改进和优化．笔者拟建立百叶窗换热器中翅片与 流体间耦合对流换热的数学模型，并采用数值方法进 行求解．

　　1 耦合传热的物理数学模型

　　如图1所示为某汽车散热器芯体结构和百叶窗结 构示意图．冷却水从扁管内流过，通过管壁和翅片的导 热过程将热量传递到翅片表面．冷却空气流经百叶窗 翅片间流道，通过与扁管及翅片表面问的对流换热将 热量带走．散热器的几何结构尺寸和百叶窗的结构参 数分别见表1．为简化起见，假定每个翅片间流道是均 匀的，且扁管间距相同，如此只需对一个翅片单元内的 对流换热进行研究，且只取扁管间单元的一半为计算 区域，中剖面为对称面，单元模型的上下两个面为周期 性边界．简化后的翅片耦合传热单元模型如图2所示． 扁管制冷剂侧假定为对流换热边界，空气以均匀速度 和温度进入流道人口，并与管壁和翅片表面交换热量． 实验测试的换热器迎面风速度为2—7 m／s范围．以翅 片间距 1．2 mm为特征尺寸计算翅片间流道内气流的 *大Reynolds数不超过500，因此，百叶窗翅片散热器 内的流动为层流．流体的物性参数由进出口平均温度 查取． 很显然，这是一个固体壁内的导热与气流对流之 间相互耦合的复杂多维对流传热问题． 表1 散热器结构参数和百叶窗结构参数 nllal 萎 a,x b,x c, 工 口st是 尺寸 310×120 x20 1．2 1．7 0．1 27。 1 1 7．8 20

　　· 收稿日期：2005—05—10 作者简介：漆波(1976一)，男，重庆江津人，重庆大学硕士研究生，主要从事传热传质方向的研究．

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　　第28卷第1O期 漆 波，等： 百叶窗式翅片换热器中的耦合传热 41

　　的经验公式计算结果．由图4和图5可见，百叶窗翅片 式换热器气侧换热系数与流动阻力的数值计算结果与 实测值相当吻合．换热系数的数值计算结果较实测结 果平均偏高7％左右，而按Webb经验公式计算结果比 实测值普遍偏低，与实测值的*大偏差达21％(在较 大迎风速度下)，只有在 3 m／s左右的迎风速度下 Webb公式计算结果与实测值吻合较好．空气侧流动 阻力的数值模拟计算与实测值的平均偏差只有4％左 右，而按 Webb经验公式计算的流动阻力在流速较大 时明显低于实测值．

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　　图5 百叶窗翅片散热器气侧流动阻力 图6所示为4 m／s迎面风速下计算模型对称面上 的速度矢量图，从图中可以清楚地了解到翅片