【正文】 點(diǎn)，而且彌補(bǔ)了管片式散熱器的不足，具有較強(qiáng)的剛度和較佳的維修性能。 發(fā)電機(jī)組工作時(shí)，其氣缸內(nèi)燃燒氣體的溫度可高達(dá) K2800~2200 ， 而燃燒放出的熱量只有約三分之一轉(zhuǎn)化成了有用功，其余的熱量一部分隨廢氣排出，還有約三分之一的熱量傳遞給了機(jī)體的零部件。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：工作可靠，壽命長(zhǎng)；通用性好，改變散 熱管的長(zhǎng)度尺寸和數(shù)量就能夠滿(mǎn)足不同機(jī)型的需要；互換性好，便于維修；加工工藝性好。 設(shè)計(jì)中為了好的 傳 熱性和 工藝性選 銅 C15710 為散熱 管芯 材料，鋁合金3004 為殼體材料， 采用了閉式強(qiáng)制冷卻循環(huán)系統(tǒng)，增強(qiáng)了運(yùn)行可靠性；該產(chǎn)品能避免零件 因 過(guò)熱引起的膨脹、變形、開(kāi)裂，保證潤(rùn)滑油溫不至過(guò)高，為 發(fā)電機(jī)組正常工作提供良好的條件； 設(shè)計(jì)中 在保證散熱量的前提下，盡量使其結(jié)構(gòu)布置緊湊， 使用方便； 運(yùn)用 MATLAB 軟件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在保證散熱量的條件下減小了散熱器體積 ，節(jié)約了原料；最終使設(shè)計(jì)的散熱器達(dá)到了散熱性能好， 體積小， 互換性程度高，壽命長(zhǎng)和運(yùn)行可靠性高的目標(biāo)。這種管片式散熱器的特點(diǎn)是散熱面積大，空氣流動(dòng)阻力小，結(jié)構(gòu)剛度強(qiáng)；但制造工藝復(fù)雜，成本較高，且不便維修，多用于小型轎車(chē)。由于汽車(chē)行業(yè)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的散熱器已不能很好的滿(mǎn)足需求。因此，為了保證散熱器能夠正常地發(fā)揮其散熱作用，對(duì)散熱器所需材料性能主要有以下幾點(diǎn)要求： a. 熱傳 系數(shù)高 ； b. 較高的強(qiáng)度和較強(qiáng)的耐腐蝕性； c. 工藝性 能好 ； d. 較佳的釬焊性能； e. 較 好的經(jīng)濟(jì)性。 空氣側(cè) 換熱系數(shù) 取空氣流過(guò)散熱器的平均溫度 CTa ?55?? ，在 附表 3中查得? ?smv / 262 ??? ， ? ?sma / 262 ??? ；將 數(shù)據(jù) 代入下式 得： 空氣側(cè)的雷諾數(shù) 63222 ?? ????? ? ?v lu (312) 式中 l —— 翅片當(dāng)量直徑，查得 mml ? 。 for data=10:1:30 for Vw=:: for va=8::12 for b=:: Va=Qw/(data*ra*Cv)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 S=2*(((h/3e3)*(++))+h*)。 把數(shù)據(jù)代入 (327)式得：? ? ? ? ?????? ????????? ?????????? 222p =(Pa) 水流阻力 冷卻水流過(guò)散熱器管道時(shí)， 會(huì)由于流體自身的粘性而阻礙流體運(yùn)動(dòng)，冷卻水克服因粘性產(chǎn)生的內(nèi)部切應(yīng)力以及管壁的摩擦阻力而會(huì)造成部分能量損失，能量損失的大小通常用壓力損失表示，壓力損失的大小可以由阻力系數(shù)反應(yīng)。 所有水管容積 00hnfV? (41) 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 24 式中 ? ?250 mf ??? ， ? ?mh ? ， 1020 ?i ， 代入得 ? ?335 104 1 0 27 5 mV ?? ?????? 故水室容積 ? ?3330 mVV ?? ?????? 水室尺寸 在保證水管插口不被水室底面擋上的情況下，盡量使水室加工制造方便，外形美觀(guān)。 制造 水室、主板和引風(fēng)板采用冷加工成型，側(cè)面擋板鑄造而成，散熱管擠壓成型，散熱帶用滾片機(jī)滾壓而成，散熱管和散熱帶采用錫釬焊焊接在一起。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 27 運(yùn)行與操作 在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)散熱管芯翅片倒伏率超過(guò) 10%時(shí)，應(yīng)將其 修復(fù) 以保證 散熱量， 或者替換后 將舊管芯保存，以備以后散熱 管漏水時(shí)，而手頭沒(méi)有新的散熱管芯是頂替使用。 體會(huì) 本次設(shè)計(jì)花費(fèi)了約三個(gè)月時(shí)間，在此過(guò)程中，我會(huì)因?yàn)樽约旱狞c(diǎn)點(diǎn)成功而高興；也會(huì)為遇到的問(wèn)題而煩惱。 ② 由于我的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編程能力有限，所以只用 MATLAB 軟件處理了部分結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，如果能 很好的運(yùn)用軟件，應(yīng)該處理所有數(shù)據(jù)，并生成圖表，會(huì)使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加合理緊湊。 儲(chǔ)運(yùn) 散熱器水平放置，固定散熱器端靠近地面。 上下水室密封墊圈用耐熱橡膠制成，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn) SRQ009,SRQ010。主板 用鋁合金 板 制成，主板厚 10mm，邊緣突起，用于嵌入石棉墊和水室底面，這樣做密封性好， 可以減少螺栓數(shù)目。 計(jì)算 ? ? 1 ???? ?? ???? eef? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 19 傳熱系數(shù)表達(dá)式 假使按照剛出廠(chǎng)的管芯式散熱器處理，即按理想狀態(tài)處理，那么在設(shè)計(jì)中就可忽略散熱管兩側(cè)污垢的傳熱熱阻，就可將傳熱系數(shù)表達(dá)式寫(xiě)為： ? ??? ????AAhAAAhAKfaw ?? 22121 （ 323） 式中 wh —— 水側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)； ? ?)/( 2 kmwh w ?? ah —— 空氣側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)； ? ?kmwha ?? 2/ 1A —— 單管水側(cè)傳熱面積， ? ? ? ?? ? ? ?231 mA ???????? ?? ； 2A —— 單管空氣側(cè)傳熱面積， ? ?22 mSA ?? ； ?A —— 單管空氣側(cè)光 滑 壁 面 部分 的 面積， ? ? ? ? ? ?243 mSSA ?????? ； ?A —— 單管空氣側(cè)翅片部分的面積， ? ? ? ? ? ?221 mSSA ?????? ； w? —— 水管壁導(dǎo)熱系數(shù)， 銅 C15710 的導(dǎo)熱系數(shù)，查參考文獻(xiàn)得? ?kmw ?? 2/398? ； ? —— 水管壁厚 ， 散熱管壁厚，由附表一查得 ?? ； f? —— 翅片效率； 由式（ 322）得 ?f? ； ? —— 根據(jù)散熱器水管數(shù)據(jù)確定， ? ?1AAmw ??? ??? ； 式中 1A? —— 單根水管壁扁平部分的面積， ? ? ? ?261 mA ??????? ?； mA —— 單根水管壁圓環(huán)部分的對(duì)數(shù)平均面積， ? ? ? ?26 mA m ????? ?? ； 計(jì)算 ? ? ? ? 531 ?? ???? ????? AA mw? ?? 把以上數(shù)據(jù)代入傳熱系數(shù)表達(dá)式 ? ??? ????AAhAAAhAKfaw ?? 22121 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20 ? ? 15 ?????????? = ? ?kmw ?2/ 校核實(shí)際散熱量 TKFQ sw ??0 （ 324） 代入數(shù)據(jù)得 ? ?skJTKFQ sw / 4 30 ??????? ? 因?yàn)?% ????? w ww Q ?，其中 wQ 為初始值， 0wQ 為優(yōu)化結(jié)果。 Pr2=。 MATLAB 簡(jiǎn)介 MATLAB 是一款編程簡(jiǎn)單、編程效率高、容易學(xué)習(xí)的科學(xué)軟件，是從事眾多工業(yè)、科研領(lǐng)域的必備工具。 )/( 3 smct QV paa wa ???? ? （ 33） 式中 at? —— 空氣流過(guò)散熱器時(shí)的溫度差，通常 Ct ?30~10?? ； 本設(shè)計(jì)取 Cta ?20?? ； a? —— 空氣的比重，近似取 a? = kg/m3 ； pc —— 空氣的定壓比熱容，取 ? ?kkgkJc p ?? / 。 所以我們把提高散熱器性能，減小散熱器體積，降低散熱器功耗，提高散熱器互換性進(jìn)而 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 提高壽命作為研究的主要目標(biāo) 。 散熱器的作用是把受熱部件的熱量及時(shí)釋放出去，從而使整個(gè)機(jī)組在最適宜的溫度 范圍內(nèi)工作。為了使 散熱器替換容易，維修方便，本課題設(shè)計(jì)了一種新式散熱器 —— 管芯式散熱器。 本設(shè)計(jì)為今后管芯式散熱器設(shè)計(jì)提供了實(shí)例，對(duì)管芯式散熱器進(jìn)行了推廣和技術(shù)儲(chǔ)備。 （ 2） 管帶式。就在上世紀(jì)六十年代以后，日本和美國(guó)相繼成功研制出了管帶式散熱器，使得制造工藝簡(jiǎn)單，散熱性能大大提高，也是散熱器變得更加輕巧。 為了滿(mǎn)足以上性能，目前常用的散熱器材料主要有 銅、鋁及工程塑料等。 由參考文獻(xiàn)得翅片當(dāng)量直徑 De1 = US4 = ? ?? ?? ? ? ?yx xyHw Hw 43 843 24 ????? ??? ?? ??= 式中 x —— 翅片內(nèi)間距，由附表 1 得 mmx ? ； y —— 翅片內(nèi)高，由附表 1得 mmy ? 。 i=(Vw*)。 i0=F0/S。 沿程阻力損失 在強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)中，水在管中的運(yùn)動(dòng)屬于受迫運(yùn)動(dòng)，又有水的雷諾數(shù) 202112074Re 1 ?? ，處于紊流區(qū)，所以冷卻水在管中流動(dòng)時(shí)，出了克服粘性阻力，還存在流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)相互碰撞造成的慣性阻力。 由于散熱器芯部尺寸為 86 753mm，為了零部件相互之間不干涉， 取水室 腔部底面尺寸為 100 803mm， 則水室高度 ? ?mmH 63 ???? ?? ?? 水室結(jié)構(gòu) 水室用鋁合金 3004 鑄造 而成， 上水室有進(jìn)水管和 空氣閥連接孔，為了加工方便，將它們置于頂部同一中心線(xiàn)上 。 由于 引風(fēng)板和 水室 較薄，適合沖孔，這樣可以提高工作效率 ，其余 零部件較厚無(wú)法將孔直接沖出，故其它 所有 零部件的 孔均采用鉆孔工藝。此為如果當(dāng)某根管壞掉，現(xiàn)場(chǎng)又沒(méi)有其他同型號(hào)水管時(shí)，可將上下主板上的孔拿碎布堵死，當(dāng)有了新的管再換上。設(shè)計(jì)讓我懂得了如何用運(yùn)所學(xué)知識(shí)，讓我感受到了四年的大學(xué)沒(méi)有白學(xué)，我可以輕松的去運(yùn)用我所學(xué)知識(shí)；設(shè)計(jì)對(duì)我也是一種歷練，以后遇到設(shè)計(jì)我也不再束手無(wú)策，感謝老師，感恩學(xué)校，感激國(guó)家，讓我變成一個(gè)能自食其力的人，讓我可以無(wú)悔大學(xué)生活，讓我無(wú)愧于良心。 設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題 ① 由于目前還少有管芯式散熱器的研究，所以設(shè)計(jì)中所用公式和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)均是依據(jù) 文獻(xiàn) 和管帶式散熱器而來(lái)的，可能存在數(shù)據(jù)誤差，但不至于影響設(shè)計(jì)產(chǎn)品使用性能。 但由于結(jié)構(gòu)限制，本設(shè)計(jì)產(chǎn)品一般采用肥皂泡法。 設(shè)計(jì)中，在保證排氣順暢的情況下，選擇市場(chǎng)價(jià)格最低的排氣閥來(lái)確 定孔徑的大小。 主板 主板 主要功能 安裝 散熱管，還有就是連接固定水室、擋風(fēng)板和引風(fēng)板。 實(shí)際散熱管芯數(shù) ???? SFi 實(shí)際散熱表面積 )( 20 miSF s ????? 傳熱系數(shù)校核 翅片效率 由于本次設(shè)計(jì)中采用的散熱翅片是由純銅制成，其厚度極薄，僅為 厚度，相對(duì)于翅片的高度和沿氣流方向長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)要小許多，而且銅C15710 的 導(dǎo) 熱系數(shù)大，所以完全可以忽略翅片兩端面的散熱量；故翅片效 率為： ? ?mHmHf emHe 221 1? ??? （ 322） 式中 m—— 結(jié)構(gòu)系數(shù)， 在散熱器的實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如果忽略氣體側(cè)很小的污垢系數(shù)時(shí)， m可由下式計(jì)算求得： 3 ??????? ??? ahm H—— 翅片高度，查表得 H=6mm； 式中 ? —— 翅片導(dǎo)熱系數(shù)， 由參考文獻(xiàn)查得 ? ?kmw ?? /398? ； ah —— 空氣側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)， 從整理后的數(shù)據(jù)查? ?kmwha ?? 2/ 。 Re2=va*。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，影響散熱器芯部面積的因素有散熱量、冷卻水流速、冷卻水進(jìn)出口溫度差、空氣側(cè)流速、空氣側(cè)進(jìn)出口溫度差、儲(chǔ)備系數(shù)等，在此次設(shè)計(jì)中，在給定散熱量的前提下，要想改變散熱器芯部面積就需要調(diào)整 其它因素，在軟件優(yōu)化過(guò)程中，如果將全部因素都當(dāng)做變量來(lái)處理，將大大增加編程難度，超出了我的能力范圍，也沒(méi)有足夠的時(shí)間去深究，故此次結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，將對(duì)散熱器芯部正面積變化影響小的因素作為定量處理，僅將對(duì)散熱器芯部影響較大的幾個(gè)因素作為變量來(lái)優(yōu)化，編程中將管內(nèi)冷卻水流速 w? 、冷卻空氣流速 a? 、儲(chǔ)備系數(shù) ? 三者作為自變量，優(yōu)化目標(biāo)是在兩散熱管芯安裝不干涉的情況下盡量使 散熱器芯部面積 RF 取得最小值。一般說(shuō)，散熱器的散熱量等于冷卻系統(tǒng)的散熱量 wQ 。 設(shè)計(jì)的目的 及 意義 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，目前的散熱器性能已經(jīng)不能滿(mǎn)足各個(gè)領(lǐng)域的需求，本課題主要研究如何在保證發(fā)電機(jī)組正常工作時(shí)散熱器有足夠的換熱量并降低換熱流體的流動(dòng)阻力進(jìn)而降低內(nèi)燃機(jī)功耗。 散熱器功能