一种集成式多倍流程汽车散热器仿真及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种集成式多倍流程汽车散热器仿真及其设计方法，包括：根据多倍流程汽车散热器使用场景及仿真计算需要建立几何优化模型，确定入水室、入水口、冷却扁管、出水室、出水口、入水室隔板、出水室隔板几何流域尺寸参数；根据几何优化模型，计算管内流体的雷诺数，确定管内流体流动状态；根据几何优化模型及雷诺数，计算管道流体沿程压力损失系数，确定沿程压力损失计算公式；根据几何优化模型计算管道流体局部压力损失系数，确定局部压力损失计算公式；根据管道流体总压力损失计算公式，计算入水室隔板及出水室隔板高度，并使得管道流体总压力损失最小；根据设计计算的几何模型建立CFD仿真模型，并验证设计方法的可行性。

Simulation and design method of an integrated multiple process automobile radiator

The invention discloses an integrated multiple process automobile radiator simulation and design method, which includes: establishing a geometric optimization model according to the multiple process automobile radiator use scenario and simulation calculation needs, determining the geometric drainage basin size parameters of the water inlet chamber, the water inlet, the cooling flat pipe, the water outlet chamber, the water outlet, the partition of the water inlet chamber and the partition of the water outlet chamber; calculating according to the geometric optimization model Calculate the Reynolds number of the fluid in the pipe, determine the flow state of the fluid in the pipe; calculate the pressure loss coefficient along the pipeline according to the geometric optimization model and Reynolds number, and determine the calculation formula of the pressure loss along the pipeline; calculate the local pressure loss coefficient of the fluid in the pipeline according to the geometric optimization model, and determine the calculation formula of the local pressure loss; calculate the total pressure loss of the fluid in the pipeline according to the calculation formula The height of the diaphragm in the inlet chamber and the outlet chamber makes the total pressure loss of the pipeline minimum. According to the geometric model of the design calculation, the CFD simulation model is established and the feasibility of the design method is verified.

【技术实现步骤摘要】
一种集成式多倍流程汽车散热器仿真及其设计方法
本专利技术涉及集成式多倍流程汽车散热器，尤其涉及一种集成式多倍流程汽车散热器仿真及其设计方法。
技术介绍
现有汽车散热器负责循环水的冷却，它的水管和散热片多用铝材制成，铝制水管做成扁平形状，散热片带波纹状，注重散热性能，安装方向垂直于空气流动的方向，尽量做到风阻要小，冷却效率要高。冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过。因此散热芯体的冷却效率决定着汽车散热器工作性能效率。目前市面上汽车散热器采用的水冷式散热系统均存在两水室上端液流量过大，两水室下端液流量过小，汽车散热器芯体上下两端液流量极度不均匀，最终导致散热器下端散热效率过低，因此十分有必要设计一款散热高效的汽车散热器。在本专利技术以前的汽车散热器装置及设计方法现有技术中，有如下几篇对比专利和文献：1)一种管带式汽车散热器(CN110005515A)公开了一种管带式汽车散热器装置，通过加装转动杆和扇叶装置，使得散热器本体外部的热空气快速流动，但需占用大量空间并需接电机，对汽车空间结构改装需求较高；2)一种汽车散热器(CN108592681A)公开了一种汽车散热器，通过在散热芯体的散热管内壁上设置沿散热管长度方向的螺旋助片，延缓冷却液体的流动，提高冷却效率，但该专利技术对散热管加工工艺要求较高，加工成本较大；3)矩形管水室汽车散热器(CN109883220A)公开了一种多层分流汽车散热器，将分叉结构用于散热芯体，使得分叉结构能够实现多层分布，每一层分叉结构的输入作为下一层的输出，能够减小流动阻力增加散热面积，但若某一层分叉局部结构失效则整个散热器均失效，在实际工作环境下可靠性低。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种集成式多倍流程汽车散热器仿真及其设计方法。本专利技术的目的通过以下的技术方案来实现：一种集成式多倍流程汽车散热器仿真及其设计方法，包括：A根据多倍流程汽车散热器使用场景及仿真计算需要建立几何优化模型，确定入水室、入水口、冷却扁管、出水室、出水口、入水室隔板、出水室隔板几何流域尺寸参数；B根据几何优化模型，计算管内流体的雷诺数，确定管内流体流动状态；C根据几何优化模型及雷诺数，计算管道流体沿程压力损失系数，确定沿程压力损失计算公式；D根据几何优化模型计算管道流体局部压力损失系数，确定局部压力损失计算公式；E根据管道流体总压力损失计算公式，计算入水室隔板及出水室隔板高度，并使得管道流体总压力损失最小；F根据设计计算的几何模型建立CFD仿真模型，并验证设计方法的可行性。与现有技术相比，本专利技术的一个或多个实施例可以具有如下优点：根据汽车散热器几何尺寸，在左右两水室添加隔板，根据流体力学原理建立压力损失数学模型，求解出压力损失最小值时两隔板的高度，建立CFD仿真模型验证两隔板高度位置的正确性，该装置成本低廉，适应性强，实现增加流体数倍流程同时压力损失最小，能使得在冷却液带走更多的热量的同时减少压力泵的能量消耗，有效解决当前散热器芯体下端液流量过少引起的散热性能差问题。附图说明图1是集成式多倍流程汽车散热器仿真及其设计方法示例流程图；图2是集成式多倍流程汽车散热器液体流动示意图；图3是集成式多倍流程汽车散热器模型结构图；图4是集成式多倍流程汽车散热器CFD仿真模型压力切面图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述。如图1所示，为集成式多倍流程汽车散热器仿真及其设计方法示例流程，多倍流程汽车散热器装置仿真及设计的参数包括：出水口流速VRout、入水室流速Vin、出水室流速Vout、1区冷却扁管流速V1b、2区冷却扁管流速V2b、3区冷却扁管流速V3b、入水口雷诺数ReRin、出水口雷诺数ReRout、左水室雷诺数Rein、右水室雷诺数Reout、1区冷却扁管雷诺数Re1b、2区冷却扁管雷诺数Re2b、3区冷却扁管雷诺数Re3b、入水口沿程压力损失系数λRin、出水口沿程压力损失系数λRout、1区冷却扁管沿程压力损失系数λ1b、2区冷却扁管沿程压力损失系数λ2b、3区冷却扁管沿程压力损失系数λ3b、入水口与左水室连接处局部压力损失系数ξ1、右水室与出水口连接处局部压力损失系数ξ2、两水室与冷却扁管连接处局部压力损失系数ξ3、流体管道总压力损失ΔP总、流体管道沿程压力损失ΔPL、流体管道局部压力损失ΔPm、入水口沿程压力损失ΔPLRin、出水口沿程压力损失ΔPLRout、左水室沿程压力损失ΔPLin、右水室沿程压力损失ΔPLout、1区冷却扁管沿程压力损失ΔPL1b、2区冷却扁管沿程压力损失ΔPL2b、3区冷却扁管沿程压力损失ΔPL3b、左水室局部压力损失ΔPmin、右水室局部压力损失ΔPmout、1区局部压力损失ΔPm1、2区局部压力损失ΔPm2、3区局部压力损失ΔPm3、入水室隔板顶面高度h1、出水室隔板顶面高度h2、1区内含冷却扁管数量X，2区内含冷却扁管数量Y、3区内含冷却扁管数量Z。具体包括以下步骤：步骤10根据多倍流程汽车散热器使用场景及仿真计算需要建立几何优化模型，确定入水室、入水口、冷却扁管、出水室、出水口、入水室隔板、出水室隔板几何流域尺寸参数；上述步骤A中确定的具体参数包括：冷却扁管总数G为37、两冷却扁管阵列间距hb为10mm、流体密度为ρ1000kg/m3，流体动力粘度为μ为103Pa·S、入水口管径dRin为27mm、出水口管径dRout为27mm、入水口管长LRin为27mm、出水口管长LRout为40mm、入水室等效管径din为33mm、冷却扁管等效管径db为6mm、出水室等效管径dout为40mm、冷却扁管长度Lb为800mm、两水室高度H为406mm、入水口流速VRin为2m/s、入水口与入水室折角β140°、两水室与冷却扁管折角β2为90°、出水口与冷却扁管折角β3为90°、冷却扁管上顶面最低高度h为25mm,两水室高度差ΔH为380mm。步骤20根据几何优化模型，计算管内流体的雷诺数，确定管内流体流动状态；代入上述步骤10中参数计算可得流速(m/s)为:雷诺数可计算出如下:其中，流体密度为ρ，流体动力粘度为μ、入水口流速VRin、出水口流速VRout、入水室流速Vin、出水室流速Vout、1区冷却扁管流速V1b、2区冷却扁管流速V2b、3区冷却扁管流速V3b、冷却扁管等效管径db、出水室等效管径dout。步骤30根据几何优化模型及雷诺数，计算管道流体沿程压力损失系数，确定沿程压力损失计算公式；根据上步求解的参数及已知参数可计算沿程压力损失系数如下:则可算出各流域沿程压力损失如下：流体管道沿程压力损失可计算出:其中，ΔPL1b为1区冷却扁管沿程压力损失、ΔPL2b为2区冷却扁管沿程压力损失、ΔPL3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成式多倍流程汽车散热器仿真及其设计方法，其特征在于，所述仿真及其设计方法包括：/nA 根据多倍流程汽车散热器使用场景及仿真计算需要建立几何优化模型，确定入水室、入水口、冷却扁管、出水室、出水口、入水室隔板、出水室隔板几何流域尺寸参数；/nB 根据几何优化模型，计算管内流体的雷诺数，确定管内流体流动状态；/nC 根据几何优化模型及雷诺数，计算管道流体沿程压力损失系数，确定沿程压力损失计算公式；/nD 根据几何优化模型计算管道流体局部压力损失系数，确定局部压力损失计算公式；/nE 根据管道流体总压力损失计算公式，计算入水室隔板及出水室隔板高度，并使得管道流体总压力损失最小；/nF 根据设计计算的几何模型建立CFD仿真模型，并验证设计方法的可行性。/n

【技术特征摘要】
1.一种集成式多倍流程汽车散热器仿真及其设计方法，其特征在于，所述仿真及其设计方法包括：
A根据多倍流程汽车散热器使用场景及仿真计算需要建立几何优化模型，确定入水室、入水口、冷却扁管、出水室、出水口、入水室隔板、出水室隔板几何流域尺寸参数；
B根据几何优化模型，计算管内流体的雷诺数，确定管内流体流动状态；
C根据几何优化模型及雷诺数，计算管道流体沿程压力损失系数，确定沿程压力损失计算公式；
D根据几何优化模型计算管道流体局部压力损失系数，确定局部压力损失计算公式；
E根据管道流体总压力损失计算公式，计算入水室隔板及出水室隔板高度，并使得管道流体总压力损失最小；
F根据设计计算的几何模型建立CFD仿真模型，并验证设计方法的可行性。


2.如权利要求1所述的集成式多倍流程汽车散热器仿真及其设计方法，其特征在于，所述步骤B中，管内流体雷诺数的计算方法及流动状态判断方法为:
若有两流体管道截面的流速和管径分别为Vx、dx、Vy、dy，根据管内流体流通量相等约束关系可有如下计算式：



可以计算出流体各区域流速如下：



若某单相流体流通域中，流体的密度为ρ，动力粘度为μ，流速为V，管径为d，则雷诺数计算方法为：



则各流域雷诺数可计算如下:



确定管内流体流动状态：
Re<2300时管内流体为层流流动状态；
Re>2300时管内流体为紊流流动状态；
其中，流体密度为ρ，流体动力粘度为μ、入水口流速VRin、出水口流速VRout、入水室流速Vin、出水室流速Vout、1区冷却扁管流速V1b、2区冷却扁管流速V2b、3区冷却扁管流速V3b、冷却扁管等效管径db、出水室等效管径dout。


3.如权利要求1所述的集成式多倍流程汽车散热器仿真及其设计方法，其特征在于，所述步骤C中，管道流体沿程压力损失计算方法如下：
根据雷诺数Re和沿程压力损失系数约束关系有如下计算公式，



则可以计算出各流域沿程压力损失系数，






其中λ1b为1区冷却扁管雷诺数、Re2b为2区冷却扁管雷诺数、Re3b为3区冷却扁管雷诺数、ReRout为出水口雷诺数、Rein为左水室雷诺数、Reout为右水室雷诺数、λRin为入水口沿程压力损失系数、ReRin为入水口雷诺数；
若有沿程压力损失系数为λ，沿程长度为L，沿程管径为d,流体密度为ρ，流速为V，根据管道流体沿程压力损失ΔPL计算方法如下：



则可算出各流域沿程压力损失如下：






则管道沿程压力损失可以计算出如下:



其中，ΔPL1b为1区冷却扁管沿程压力损失、ΔPL2b...

【专利技术属性】
技术研发人员：林伟涛，林伟，
申请(专利权)人：揭阳市美度实业有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44