一种车辆散热器性能预测方法技术

本发明专利技术公开了一种车辆散热器性能预测方法，包括根据车辆产生的热负荷，预估散热量范围；根据散热量的范围，对多个散热器选型；采用

【技术实现步骤摘要】
一种车辆散热器性能预测方法


[0001]本专利技术涉及散热器性能检测
，尤其是涉及一种车辆散热器性能预测方法
。

技术介绍

[0002]散热器是车辆生产中不可或缺的一部分，散热器在舱内环境调控
、
发动机和高发热部件散热等方面有着重要作用
。
在车辆行驶过程中，由于冷却风扇工作流量和实际流量存在误差，车辆散热器的性能很难进行准确预估，车辆很难达到热平衡
。
[0003]在车辆散热器设计中，应该对冷却风扇的实际流量进行评估，进而使得车辆所需散热量与实际散热量更好的匹配
。
目前，行业内对散热系统设计常常采用选型设计的方法，此方法设计依赖经验公式，车辆实际运行中散热性能匹配效果不佳
。
[0004]近些年开始
CFD(
计算流体力学
)
仿真方法兴起，
CFD
方法有着较精确结果预测，同时大幅缩短设计周期和试验成本
。
在
CFD
仿真车辆散热性能方法中又分为全局仿真法和局部仿真法
。
在全局仿真法中，由于散热片等零件的几何尺度相较于全局尺度过于细小，这会使得离散的网格数太多，增长运算周期，增大算力成本
。
局部仿真方法是将几何尺度过小或过于复杂的部件单独建模模拟，将得到的数据转化为特定的数学模型，把复杂部件简化并用特定的数学模型来表达，最后完成全局简化计算
。
局部仿真法有着精确和效率的双重优势，但对工程师的
CFD
操作能力要求很高，同时必须有丰富的物理和数学理论知识，才能确保仿真结果的准确性
。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种车辆散热器性能预测方法，能够对车辆散热性能进行准确预测，有效便捷
。
[0006]技术方案：一种车辆散热器性能预测方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一：根据车辆产生的热负荷，预估散热量范围；
[0008]步骤二：根据散热量的范围，选取至少一种型号的符合要求的散热器多个；
[0009]步骤三：获得所选散热器参数；
[0010]步骤四：采用
CFD
方法对散热器模型进行计算，拟合散热器压力
‑
流量曲线；
[0011]步骤五：将各散热器压力
‑
流量曲线拟合为总散热器压力
‑
流量曲线，选择与总散热器压力
‑
流量曲线匹配的风扇型号，对于与之相匹配的风扇型号，结合风扇已有的压力
‑
流量曲线和转速，完成风扇选型；
[0012]步骤六：对车辆的固体域和流体域进行物理建模；
[0013]步骤七：调用散热器的以及风扇的压力
‑
流量曲线，对车辆整车物理模型进行虚拟风洞数值模拟；
[0014]步骤八：换算数值模拟数据得到实际风扇压力
‑
流量曲线，并判断实际风扇压力
‑
流量曲线是否满足工况条件；若满足，更新风扇压力
‑
流量曲线，并根据换热器设计
ε
‑
NTU
方
法计算出散热器的实际散热量范围；若不满足，增大风扇转速，更新风扇压力
‑
流量曲线，重复步骤七，在多次循环计算后，使得到的实际风扇压力
‑
流量曲线满足条件，并根据换热器设计
ε
‑
NTU
方法计算出散热器的实际散热量范围
。
[0015]进一步的，在步骤一中，根据车辆设计手册计算车辆产生的热负荷，包括发动机
、
散热系统
、
制动系统
、
空调系统
、
变速器
、
打火线圈
、
加热器
、
排气管和电池的产热量，散热量范围是从恶劣工况到最佳工况之间需要散热器所输出的散热量
。
[0016]最佳的，在步骤二中，散热器选择波纹翅片管带式换热器
。
[0017]进一步的，在步骤三中，散热器参数包括各散热器的几何结构参数和运行工况参数，几何结构参数包括冷热通道叠加方向的长度
、
热流体侧的流动长度
、
冷流体侧的流动长度
、
隔板厚度
、
换热面积与板间体积的比值
、
翅片节距
、
翅片高度
、
翅片厚度
、
矩形翅片错齿长度
、
水力直径
、
流通面积
、
迎风面积
、
二次换热面积
、
热流体侧的传热壁表面积
、
散热面积，并通过几何结构参数建立散热器三维物理模型以及计算翅片关联式，以求解
NTU
方程中的流体换热系数和翅片表面积；运行工况参数包括冷热流体的物性参数和对应工况下的边界条件
。
[0018]进一步的，在步骤四中，使用计算流体力学软件，将建立的散热器三维物理模型离散为多个网格，网格中遵循质量守恒和动量守恒方程，调用运行工况参数对流体物性和冷却介质物性进行设置，将多个运行流量设置为入口条件，出口设置为压力出口条件，用标准的
k
‑
e
湍流方程求解动量守恒方程，求解得到多个工况下压力数据，拟合散热器压力
‑
流量曲线
。
[0019]进一步的，在步骤五中，总散热器压力
‑
流量曲线拟合遵循串并联电路准则，选择同流量下静压值中风扇压力高于散热器压力
10
％～
15
％时的转速曲线，再利用转速
‑
功率曲线获得风扇驱动轴功率，完成选型匹配
。
[0020]进一步的，在步骤六中，用建模软件建立车辆外部框架和内部部件的车辆整车固体域模型，其中风扇和各种散热器用对应尺寸的长方体代替，抽取固体域模型获得内部流道，在固体域模型外部进行膨胀处理获得外流场
。
[0021]最佳的，在步骤七中，将车辆整车物理模型离散为多个网格，调用各散热器和风扇的压力
‑
流量曲线，代替对相应模型内的动量守恒方程，其余网格区域用标准的
k
‑
e
湍流方程求解动量守恒方程，设置空气的物性参数，给定边界条件是外流场速度入口边界条件，外流场压力出口边界条件和风扇入口体积流量边界条件，对车辆整车物理模型进行数值模拟
。
[0022]进一步的，在步骤八中，数值计算的风扇入口体积流量与模拟前的风扇入口体积流量之比为风扇进风系数，用进风系数与风扇压力
‑
流量曲线中流量值的乘积得出实际风扇压力
‑
流量曲线，再用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种车辆散热器性能预测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：根据车辆产生的热负荷，预估散热量范围；步骤二：根据散热量的范围，选取至少一种型号的符合要求的散热器多个；步骤三：获得所选散热器参数；步骤四：采用
CFD
方法对散热器模型进行计算，拟合散热器压力
‑
流量曲线；步骤五：将各散热器压力
‑
流量曲线拟合为总散热器压力
‑
流量曲线，选择与总散热器压力
‑
流量曲线匹配的风扇型号，对于与之相匹配的风扇型号，结合风扇已有的压力
‑
流量曲线和转速，完成风扇选型；步骤六：对车辆的固体域和流体域进行物理建模；步骤七：调用散热器的以及风扇的压力
‑
流量曲线，对车辆整车物理模型进行虚拟风洞数值模拟；步骤八：换算数值模拟数据得到实际风扇压力
‑
流量曲线，并判断实际风扇压力
‑
流量曲线是否满足工况条件；若满足，更新风扇压力
‑
流量曲线，并根据换热器设计
ε
‑
NTU
方法计算出散热器的实际散热量范围；若不满足，增大风扇转速，更新风扇压力
‑
流量曲线，重复步骤七，在多次循环计算后，使得到的实际风扇压力
‑
流量曲线满足条件，并根据换热器设计
ε
‑
NTU
方法计算出散热器的实际散热量范围
。2.
根据权利要求1所述的一种车辆散热器性能预测方法，其特征在于：在步骤一中，根据车辆设计手册计算车辆产生的热负荷，包括发动机
、
散热系统
、
制动系统
、
空调系统
、
变速器
、
打火线圈
、
加热器
、
排气管和电池的产热量，散热量范围是从恶劣工况到最佳工况之间需要散热器所输出的散热量
。3.
根据权利要求1所述的一种车辆散热器性能预测方法，其特征在于：在步骤二中，散热器选择波纹翅片管带式换热器
。4.
根据权利要求1所述的一种车辆散热器性能预测方法，其特征在于：在步骤三中，散热器参数包括各散热器的几何结构参数和运行工况参数，几何结构参数包括冷热通道叠加方向的长度
、
热流体侧的流动长度
、
冷流体侧的流动长度
、
隔板厚度
、
换热面积与板间体积的比值
、
翅片节距
、
翅片高度
、
翅片厚度
、
矩形翅片错齿长度
、
水力直径
、
流通面积
、
迎风面积
、
二次换热面积
、
热流体侧的传热壁表面积
、
散热面积，并通过几何结构参数建立散热器三维物理模型以及计算翅片关联式，以求解
NTU
方程中的流体换热系数和翅片表面积；运行工况参数包括冷热流体的物性参数和对应工况下的边界条件
。5.
根据权利要求4所述的一种车辆散热器性能预测方法，其特征在于：在步骤四中，使用计算流体力学软件，将建立的散热器三维物理模型离散为多个网格，网格中遵循质量守恒和动量守恒方程，调用运行工况参数对流体物性和冷却介质物性进行设置，将多个运行工况下的流量设置为入口条件，出口设置为压力出口条件，用标准的
k
‑
e
湍流方程求解动量守恒方程，求解得到多个工况下压力数据，拟合散热器压力
‑
流量曲线
。6.
根据权利要求1所述的一种车辆散热器性能预测方法，其特征在于：在步骤五中，总散热器压力
...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯国增，周伟明，夏昱翔，朱金堂，赵轶，万星宇，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：