【文章內(nèi)容簡介】 aaR ? （ 34） 式中 a? —— 空氣流速，一般選取 smva /12~8? ，本設(shè)計產(chǎn)品為 移動式發(fā)電機組，取 smva /11? 。 代入數(shù)據(jù)得 )( 2mF R ?? 散熱器芯部尺寸 為了與風扇送風流過的面積相匹配，以便提高散熱器 效率，一般將散熱器芯部設(shè)計成正方形。設(shè)芯部高度和寬度分別為 h,b；則有： RFbh ?? （ 35） 代入數(shù)據(jù)有 ? ?mbh ??? 散熱器水管數(shù) 根據(jù)冷卻水循環(huán)量 wV ， 由經(jīng)驗公式計算冷卻水管數(shù) i： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 8 0fvViww?? （ 36） 式中 wv —— 水在散熱管中的流速 (m/s)，一般 取)/(~ smv w ? ,本設(shè)計中選取 ? ?smvw /? 。 ?f —— 每根散熱水管芯部的橫截面積，單位 m2 。 單根散熱管芯部的橫截面積 ?f 單根散熱管的截面形狀如圖 31 所示：根據(jù) 知 扁管的高度是 ， 寬度為 18mm，壁厚 ；可得每 根水管的橫斷面積： ? ? ? ? ? ? ? ?2520 mf ?????????? ? (37) 把 0f 代入（ 36）式得 ? ? 5 ???? ?i 傳熱系數(shù) 水側(cè) 換熱系數(shù) 取冷卻水平均溫度 CTw ?90?? ，查 附表 1得 散熱水管當量直徑為； 查附表 4 得 ? ?smv / 261 ??? ， ? ?sma / 281 ??? ； 將 數(shù)據(jù)代入下式得： 水側(cè)雷諾數(shù) 6 3111 ?? ????? ? ?v lu (38) 水側(cè)普蘭特數(shù) 8 6111 ????? ??av (39) 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 9 對于三排管管道內(nèi)的強制對流傳熱，水側(cè)的努契兒準則數(shù) 由參考文獻中 經(jīng)驗公式 得 ： ? ? )( 2 0 7 ?????Nu (310) 由?dhNu w ??1可得水側(cè) 換熱系數(shù) ： ? ?)/( 23 21 kmwdNuh w ??? ????? ? ?? (311) 式中 ? —— 水的熱物性參數(shù)，查附表 4 得 ? ?kmw ??? ? / 2? ； d —— 水管當量直徑，查附表 1得 mmd ? 。 空氣側(cè) 換熱系數(shù) 取空氣流過散熱器的平均溫度 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 —— 翅片當量直徑，查得 mml ? 。 由參考文獻得翅片當量直徑 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 ? 。 空氣側(cè)的普蘭特數(shù) 66222 ????? ??av （ 313） 對于三排管管道內(nèi)的強制對流傳熱，空氣側(cè)的努契兒準則數(shù) 由參考文獻 中的經(jīng)驗公式 得 ： ? ? )( 3 2 ?????Nu （ 314） 由經(jīng)驗公式 ?dhNu a ??2可導出空氣側(cè) 換熱系數(shù) ： ? ?kmwdNuh a ??? ????? ? ? 23 22 / ? (315) 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 10 式中 ? —— 水的熱物性參數(shù)，查附表 4 得 ? ?kmw ??? ? / 2? ； d —— 水管當量直徑，查附表 1得 mmd ? 。 散熱器傳熱系數(shù) 由公式 waRhhK 11 1????? (316) 式中 ah —— 空氣側(cè)換熱系數(shù)， 由式（ 315）知 ? ?kmwha ?? 2/ ； ? —— 散熱管壁厚，由附表一查得 ?? ； ? —— 銅 C15710 的導熱系數(shù)，查參考文獻得 ? ?kmw ?? 2/398? ； wh —— 水側(cè)換熱系數(shù)，由式（ 311）知 ? ?kmwh w ?? 2/ 。 代入數(shù)據(jù)得 ? ?kmwK R ?????? ? 23 /139811 散熱器散熱表面積 估算散熱器散熱總面積 參考散熱器設(shè)計手冊， 散熱表面積可根據(jù) 參考文獻中經(jīng)驗 公式初步估算： )( 2mTK QF R w??? (317) 式中 T? —— 散熱器內(nèi)冷卻水與冷卻空氣的平均溫差，CCCTTT aw ??? 355590 ???????? ； 式中 wT? —— 冷卻水平均溫度， CCCtTT www ??? 902109521 ???????； aT? —— 冷卻空氣平均溫度， CCCtTT aaa ??? 552204521 ???????； 式中 1wT —— 散熱器進水溫度，對于開式的內(nèi)燃機冷卻系統(tǒng) 1wT 取值范圍C?95~90 ，對于閉式強制循環(huán)冷卻系統(tǒng)， 1wT 可取 C?100~95 ；本設(shè)計采用了閉式強制循環(huán)冷卻系統(tǒng)，取 CTw ?951 ? ； 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 11 Ta1—— 散熱器冷卻空氣進口溫度，一般取 C?40 左右，此次設(shè)計的產(chǎn) 品主要用于惡劣的 甚至高溫的 環(huán)境中，根據(jù) 近 年 全國的氣溫 在本設(shè)計中 取 C?45 ； wt? —— 散熱器冷卻水進出口溫度差，一般選取 Ctw ?12~6?? ，本設(shè)計中選取 C?10 ； at? —— 散熱器冷卻空氣進出口溫度差，一般選取 Ct ?30~10?? ，本設(shè)計中選取 C?20 ； 計算得： )( 23 mF ???? 散熱器散熱總面積 由于通過散熱器的冷卻水和冷卻空氣 流速都不可能均勻；而且散熱器散熱表面會附著上油污，蒙上塵土，或是部分散熱面損壞，這些都會降低散熱器的散熱性能，所以實際選取散熱器面積 F0時，要比計算結(jié)果大 些 ，一般選取 FF ??0 (318) 式中 ? —— 儲備系數(shù)，通常取值 ~?? ；本設(shè)計中取 ?? 。 可得 )( 220 mmFF ???? ? 單根散熱 管芯 表面積 如圖 32 所示為散熱管 芯 單側(cè)的示 意圖。由圖可知，單根散熱 管芯 表面積 是由散熱翅片外側(cè)表面積 S1，散熱翅片 內(nèi)側(cè)表面積 S2（翅片與銅管焊接部分可 忽略不計），散熱管外側(cè)扁平面未焊接 部分的面積 S3和散熱管 外 側(cè)圓弧面的面 積 S4之和 。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 12 單元體數(shù)目 n 為了方便計算，我把翅片兩個波谷點之間的一段設(shè)為一個單元體，那么一條翅片所含有的單元體數(shù)目為： ? ? 3 ????? ?lhn （ 319） 式中 h —— 散熱器芯部高度，由式 35 知 mh ? ； l —— 一個單元體的波長， Wl 2? ； 式中 W —— 翅片間距，由附表 1 得知 mmW ? 。 單根散熱翅片外側(cè)表面積 S1 一個單元體的外側(cè)表面積： ? ?? ? )(100 4 5 246 ms a ?? ??????????? ?? 散熱翅片外側(cè)表面積： )(1 3 5 4 5 6 92 6 9 241 msS a ?????? ? 單根散熱翅片內(nèi)側(cè)表面積 S2 一個單元體的內(nèi)側(cè)表面積： )( 246 ms b ?? ?????????? ?????? ????? ? 散熱翅片內(nèi)側(cè)表面積： )( 242 msS b ?????? ? 單根散熱管外側(cè)扁平面未焊接部分的面積 S3 一個單元體內(nèi) 未焊接部分的面積： ? ? )( 256 ms c ?? ?????? 散熱管外側(cè)扁平面未焊接部分的面積 )(0 0 4 263 msS c ?????? ? 散熱管外側(cè)圓弧面的面積 S4 )()2/( 234 mS ????? ?? 單根散熱管 芯 表面積 S )(5 0 8 )( 24321 mSSSSS ?????? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 13 校核計算 校核散熱管數(shù) 管芯式散熱器實際需要散熱管數(shù)等于估算散熱總面積與單根 散熱管芯表面積之比；故實際需要管數(shù)： 0 ???? SFi (320) 散熱器實際散熱面積 確定管數(shù)和每根管芯的散熱表面積后就可精確計算出散熱器實際散熱面積，固有 0iSFs ?? (321) 代入數(shù)據(jù)得 )( 20 miSF s ????? 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 為了使設(shè)計的管芯式散熱器在結(jié)構(gòu)上更加合理緊湊，本設(shè)計運 用 計算機 模擬軟件對散熱器 結(jié)構(gòu) 進行了優(yōu)化。 在設(shè)計過程中，影響散熱器芯部面積的因素有散熱量、冷卻水流速、冷卻水進出口溫度差、空氣側(cè)流速、空氣側(cè)進出口溫度差、儲備系數(shù)等，在此次設(shè)計中，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)化過程中，如果將全部因素都當做變量來處理，將大大增加編程難度，超出了我的能力范圍，也沒有足夠的時間去深究，故此次結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，將對散熱器芯部正面積變化影響小的因素作為定量處理，僅將對散熱器芯部影響較大的幾個因素作為變量來優(yōu)化，編程中將管內(nèi)冷卻水流速 w? 、冷卻空氣流速 a? 、儲備系數(shù) ? 三者作為自變量，優(yōu)化目標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。 MATLAB 簡介 MATLAB 是一款編程簡單、編程效率高、容易學習的科學軟件，是從事眾多工業(yè)、科研領(lǐng)域的必備工具。 1984 年， MATLAB 誕生于 MathWorks 公司，當時主要用于矩陣運算， 后 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 14 來隨著科技的發(fā)展進步， MATLAB 已廣泛應用于 數(shù)字信號處理、科學可視化和系統(tǒng)仿真等方面。 本設(shè)計中主要用 該 軟件進行數(shù)字信號處理，最終使散熱器結(jié)構(gòu)性能得到優(yōu)化。 設(shè)計程序 設(shè)計程序如下： Qw=150870。 ra=。 Cv=1047。 for data=10:1:30 for Vw=:: for va=8::12 for b=:: Va=Qw/(data*ra*Cv)。 i=(Vw*)。 t1=ceil(i)。 FR=Va/va。 h=sqrt(FR)。 Re1=Vw*。 Pr1=。 Nu1=*(Re1^)*(Pr1^)。 ha=Nu1*。 Re2=va*。 Pr2=。 Nu2=*(Re2^)*(Pr2^)。 hw=Nu2*。 KR=1/(1/ha+1/+1/hw)。 F=Qw/(KR*35)。 F0=b*F。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 15 S=2*(((h/3e3)*(++))+h*)。 i0=F0/S。 t2=ceil(i0)。 t3=ceil(3000*h/t2)。 end end end if t1==t2amp。t322 break end end 處理結(jié)果 通過多次循環(huán)，在多組數(shù)據(jù)中選了一組最可行的數(shù)據(jù)。然后通過自己將處理好的數(shù)據(jù)整理出來，方便后面的設(shè)計。 計算機處理結(jié)果 通過多次修改程序 后循環(huán)運行下 ，最終得到了如下較為滿意的結(jié)果： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書